S. mutans

Eziologia delle infezioni
del cavo orale
ECOSISTEMA ORALE
Il cavo orale rappresenta un importante punto di contatto con l’ambiente
esterno, caratterizzato da un numero illimitato di contatti con i microrganismi.
E’ costituito da una varietà di strutture che offrono habitat e nicchie che
assicurano la riproduzione di germi con caratteristiche genetiche e metaboliche
diverse tra loro.
Le principali sedi di colonizzazione sono le superfici dentarie, le mucose e la
lingua.
La cavità orale può essere considerata un sistema aperto di crescita microbica,
in cui le sostanze nutritive e i microrganismi sono continuamente introdotti e
rimossi.
L’equilibrio dinamico dell’ecosistema orale è influenzato da numerosi fattori,
alcuni di natura fisiologica (introduzione del cibo e la sua composizione in
carboidrati) ed altri patologici (carie, perdita di denti).
Caratteristiche dell’habitat orale
• Saliva: mantiene umida la cavità orale, lava le superfici orali asportando
detriti. Influenza le comunità microbiche sia positivamente fornendo nutrimento
che negativamente in quanto contiene il lisozima che disgrega il peptidoglicano
ed altri composti antibatterici. Inoltre forma la “pellicola acquisita” a cui si
attaccano i batteri
• Fluido creviculare: fluisce dal sangue attraverso l’epitelio gengivale e si
raccoglie nel solco gengivale. La sua composizione è simile a quella del siero
• Denti: forniscono una dura superficie non soggetta a sfaldamento che
consente l’accumulo di grandi masse di batteri e di placca batterica
• Temperatura: pari a 35-36°C; seleziona i batteri mesofili.
Microbiologia della cavità orale
L’ambiente è formato dalle labbra, guance, palato, denti e solco
gengivale
I denti presentano una superficie dura che contrariamente a molte
altre superfici corporee non subisce il fenomeno dello sfaldamento.
Il dente presenta:
• facce prossimali in condizioni di anaerobiosi;
• facce vestibolari;
• facce linguali;
• margine gengivale.
Microbiologia della cavità orale
Tra i fattori che influenzano l’ecosistema orale, i più importanti sono:
 la presenza di placca;
 l’igiene orale;
 i trattamenti odontostomatologici;
 le condizioni fisiche personali (aumento della quantità di
fibronectina, glicoproteina posta sull’epitelio);
 dieta alimentare
Fattori che influenzano la crescita microbica
• Fattori chimico-fisici: pH, umidità, temperatura
• Flusso salivare: regola il pH e la concentrazione di molte sostanze. Ha un
pH di 6,8-7,2 ed un sistema tampone a bicarbonato
• Fattori nutritivi: le sostanze nutritive disponibili derivano dall’ospite, da altri
microbi e dalla dieta.
• Dieta: non determina radicali influenze sulle comunità microbiche della
bocca.
ECCEZIONE: Saccarosio
acido-tolleranti (S. mutans)
che aumenta la proporzione dei microrganismi
Microbiologia della cavità orale
L’ambiente orale è colonizzato da:
Protozoi;
Miceti;
Virus;
Batteri.
Oltre 350 specie batteriche differenti risiedono in modo permanente
nel cavo orale.
Tra le tante il genere Streptococcus rappresenta una grossa
componente eziologica.
Principali batteri aerobi coltivabili da diversi siti della cavità orale
conta totale* (%)
Batteri
Cocchi
Gram-positivi
Bacilli
Gram-positivi
Cocchi
Gram-negativi
Bacilli
Gram-negativi
genere o famiglia
predominante
recesso
gengivale
placca
dentale
lingua
saliva
Streptococcus
S. mutans
S. sanguis
S. mitior
S. salivarius
28,8
(++)
(+)
(++)
(+/-)
28,2
(+++)
(+++)
(++)
(+/-)
44,8
(+/-)
(+)
(++)
(+++)
46,2
(+/-)
(++)
(+++)
(+++)
Lactobacillus
Corynebacterium
15,3
23,6
13,0
11,8
Moraxella
0,4
0,4
3,4
1,2
Actinobacillus
Eikenella
1,2
ND
3,2
2,3
45,7
52,2
64,4
61,5
Totale aerobi
* Valori medi modificati da Chow, 1985.
Principali batteri anaerobi coltivabili da diversi siti della cavità
orale
conta totale* (%)
Batteri
Cocchi
Gram-positivi
Bacilli
Gram-positivi
Cocchi
Gram-negativi
Bacilli
Gram-negativi
genere o famiglia
predominante
recesso
gengivale
placca
dentale
lingua
saliva
7,4
12,6
4,2
13,0
Actynomices
Eubacterium
Lactobacillus
20,2
18,4
8,2
4,8
Veillonella
10,7
6,4
15,0
15,9
Actinobacillus
Eikenella
1,2
ND
3,2
2,3
39,5
37,4
30,6
36
Peptostreptococcus
Totale anaerobi
* Valori medi modificati da Chow, 1985.
Fattori batterici implicati nella colonizzazione
• Fattori di adesività batterica: Polimeri extracellulari, Glucosiltransferasi,
Acido lipoteicoico, fimbrie, adesine.
• Cariche di superficie: Ca2+
• Coaggregazione: interazione tra batteri diversi
• Interazioni tra batteri:
Commensalismo – una specie trae beneficio dalla presenza di un’altra
specie senza recargli danno
Antagonismo – Produzione di batteriocine, di ac. lattico e ac. acetico, di H2O2
Acquisizione del microbiota orale
La composizione microbica varia con il tempo, con le diverse condizioni
ambientali, con l’alimentazione e per fattori di successione allogenica e
autogenica
Successione allogenica: regolata da fattori chimico-fisici dell’ecosistema
Successione autogenica: dovuta agli organismi colonizzatori
S. salivarius (aerobio facoltativo): 1-3 giorni dopo la nascita
Anaerobi – Veilonella
Eruzione dei denti
S. sanguis, S. mutans e anaerobi come Bacteroides e Fusobacterium
Meccanismi di colonizzazione batterica delle
superfici dentali
Cambiamento
microbico
Gram
positivi
Cocchi e Aerobi
bacilli
S. mutans
Lactobacillus
A. viscosus
A. naeslundii
P.gingivalis
P. intermedia
F. nucleatum
Capnocytophaga
Treponema
Gram
Bacilli e Anaerobi
Negativi Spirochete
Progressione della
placca associata
Infezione
odontogena
Superficie dentaria
priva di placca
Fossetta e
fessurazione
Placca
sopragengivale
Placca
sottogengivale
Carie dentaria (S. mutans)
Infezione endodontica
Ascesso dentale
Infezione periodontica
Periodontite ulcer.-necr.
(P.intermedia)
Periodontite dell’adulto
(P. gingivalis)
Periodontite giovanile
(A. actinomycetemcomitans)
Aspetti eziologici
Risentono della componente microbica che come
comunità batterica residente caratterizza
l’ecosistema del cavo orale
Microbiota orale + Ecosistema
Equilibrio fisiologico
Ruolo patogenetico
Placca dentale
• principale responsabile del processo infiammatorio
parodontale
• costituita da svariati microrganismi, inclusi in una
matrice composta da glicoproteine salivari e da
polimeri batterici e salivari
• correlazione positiva tra accumulo di placca
dentale e flogosi dei tessuti gengivali e parodontali
Formazione della placca
La formazione della placca avviene in diverse fasi che
comprendono l’interazione chimico-fisica tra i costituenti della
saliva e dello smalto e la successiva crescita microbica.
1. Adsorbimento polimeri dalla saliva:
Formazione pellicola secondaria o acquisita
2. Adesione batterica:
I batteri interagiscono con la pellicola prima in modo reversibile e poi
irreversibile (sintesi di polimeri extracellulari
cemento)
3. Moltiplicazione batterica:
le prime specie che colonizzano il dente lo rendono suscettibile alla
colonizzazione da parte di altri microrganismi
Formazione placca dentale
1
Streptococchi ed Actinomiceti si legano
alla pellicola acquisita del dente tramite
recettori
4
Compaiono i colonizzatori tardivi,
anaerobi e microaerofili Gram-
2
Aumenta il numero dei batteri
5
3
Altri batteri bastoncellari aderiscono ai
primi colonizzatori
Aumenta il numero dei Gram-;
compaiono le spirochete
La presenza del biofilm batterico presente nella placca matura
crea un gradiente di diffusione di tossine e metaboliti batterici
Fattori che influenzano l’incremento del potenziale
acidogeno della placca
 Saliva: effetto neutralizzante in quanto allontana gli ac. organici;
rallentamento della formazione di accumuli batterici sui denti
 Carboidrati:
amido
amilasi
maltosio
maltasi
glucosio
Saccarosio enzimi batterici glucosio, fruttosio
 Placca: conditio sine qua non per lo sviluppo della carie, stretta
correlazione tra quantità di placca e carie.
La carie
Consiste in una distruzione localizzata e progressiva dello smalto, della
dentina, del cemento.
E’ definita come una infezione endogena dei tessuti calcificati del dente,
che sono demineralizzati dagli acidi organici prodotti dai batteri per
fermentazione di carboidrati alimentari.
Origina per alterazione dell’equilibrio omeostatico tra ospite e microbiota
della placca.
Fattori che influenzano la formazione della carie
Ospite: smalto, saliva e sistema immune
Placca: composizione batterica, capacità di produrre ac. organici e loro
diffusibilità attraverso la matrice.
La prima
fase della formazione della
carie prevede la
demineralizzazione dello smalto dovuta ad abbassamento del pH,
causato dalle elevate concentrazioni di ac. organici prodotti dai
batteri della placca per fermentazione dei carboidrati.
pH critico = grado di acidità al quale l’idrossiapatite dello smalto si
solubilizza ed inizia la demineralizzazione. (pH= 5,2 – 5,7)
Microbiologia della cavità orale
Genere Streptococcus
Tassonomia: Genere appartenente alla famiglia delle Streptococcaceae
Caratteristiche: Cocchi Gram-positivi, asporigeni, aerobi facoltativi (alcune
volte anaerobi obbligati), immobili. Disposizione caratteristica è la
formazione di diplococchi che, in terreni liquidi, può progredire in catene
più o meno lunghe.
Gruppi di Lancefield: Nel 1933 R. C. Lancefield li divise in diversi gruppi
(dalla A alla W, escludendo le lettere I e J) in base ad un antigene specifico
presente nella loro parete cellulare (polisaccaridico o “sostanza C”, acidi
teicoici o non tipizzabile)
I gruppi sierologici sono correlati all’epidemiologia delle infezioni sostenute
dagli streptococchi:
•
gruppo A – Streptococcus pyogenes
○ gruppo G – S. canis
• gruppo B – Streptococcus agalactiae
○ gruppo L – rar. isolati dall’uomo (endocardite)
• gruppo C – S. dysgalactiae, S. equi, S. equisimilis
○ gruppo M – endocardite subacuta, ascessi
• gruppo D → Genere Enterococcus
○ gruppo N – streptococchi lattici (Lactococcus)
• gruppo F – S. anginosus, S. constellatus, S. milleri
○ NON tipizzabili (alfa-emolitici o non-emolitici)
Genere Streptococcus
Gruppi di Sherman (1937) – Jones (1978): suddivisione in base a
caratteristiche fisiologiche o patogenetiche o di habitat
Streptococchi piogenici – Beta-emolitici correlati a patologie piogeniche
S. agalactiae, S. canis, S. dysgalactiae, S. equi, S. equisimilis, S. iniae, S. porcinus, S.
pyogenes, S. suis, S. urinalis.
Pneumococchi – S. pneumoniae
Streptococchi orali – Streptococchi viridanti poiché alfa-emolitici. Alcuni di essi
sono patogeni opportunisti (isolati da altre sedi in condizioni normali o patologiche).
Eziologia batterica principale nelle endocarditi (50-70%). Causa primaria di carie
(S. mutans, S. sanguinis).
S. anginosus, S. australis, S. constellatus, S. cricetus, S. cristatus, S. gordonii, S. infantis, S.
intermedius, S. milleri, S. mitior, S. mitis, S. mutans, S. oralis, S. parasanguinis, S. peroris, S.
ratti, S. salivarius, S. sanguinis, S. sobrinus, S. vestibularis.
Streptococchi fecali – S. avium, S. faecalis, S. faecium, S. gallinarum (passati al genere
Enterococcus), S. bovis, S. equinus, S. gallolyticus, S. infantarius.
Streptococchi lattici – trasferiti nel genere Lactococcus
Streptococchi anaerobi – (in realtà aerotolleranti e passati ad altri generi)
Recente classificazione (1995) è quella di Kawamura et al. Basata su omologie di
sequenze delle subunità ribosomiali 16S.
Genere Streptococcus
Specie mutans
Caratteristiche: Cocco Gram-positivo, asporigeno, aerobio facoltativo,
immobile, isolato per la prima volta nel 1924 da Clark.
Raggruppamento: non classificabile secondo Lancefield o qualche ceppo
appartente al gruppo E. Alfa-emolitico o non-emolitico inserito secondo
Sherman-Jones negli streptococchi orali.
Distinto in otto sierotipi (a-h), da luogo a cinque specie differenti: S. mutans
(sierotipi c ed e), S. rattus (sierotipo b), S. cricetus (sierotipo a), S. sobrinus
(sierotipi d e g), S. ferus
Isolato dalla carie dentaria: sembra sia il principale responsabile nel
mantenere il processo cariogeno iniziato da S. sanguinis e la
colonizzazione è favorita da una dieta ricca di zuccheri.
Può essere agente eziologico di endocarditi subacute.
S. mutans
La sua capacità a determinare la carie è dovuta sia a suoi caratteristiche
patogenetiche ben precise, ma essendo un’opportunista anche all’instaurarsi di
condizioni ambientali favorevoli.
Il suo potenziale di patogenicità è legato:
• Adesione: LTA (acido lipo teicoico) media la sua unione all’idrossiapatite1, allo
smalto e alla pellicola. Le proteine superficiali fungono da adesine. E’ una
adesione saccarosio-dipendente
• Capacità moltiplicativa: è capace di resistere e di essere attivo a valori di pH
bassi
• Danno all’ospite e abbassamento del pH
Meccanismo patogenetico
Adesività saccarosio-indipendente; Adesività saccarosio-dipendente;
aggregazione intraspecifica; capacità moltiplicativa nella placca; danno per
produzione di acido lattico.
1 - L'idrossiapatite è un minerale raro avente composizione chimica Ca5(PO4)3(OH), fa parte del gruppo degli apatiti e contiene un gruppo OH. I cristalli di
idrossiapatite hanno la forma di un prisma moto sottile dalla forma esagonale, il colore del minerale è variabile e nelle forme più comuni si trova in giallo pallido.
L'idrossiapatite è anche prodotta e riassorbita da tessuti organici, questa infatti è uno dei componenti principali delle ossa trovandosi sottoforma di sali di Calcio:
CaCO3 (carbonato di calcio), Ca3(PO4)2 (fosfato di calcio) e CaF2 (fluoruro di calcio).
Biofilm di S. mutans
Genere Streptococcus
Specie sanguinis
Caratteristiche: Cocco Gram-positivo, asporigeno, aerobio facoltativo,
immobile.
Raggruppamento: non classificabile secondo Lancefield o appartente al
gruppo H. Alfa-emolitico o più raramente beta-emolitico o non-emolitico
inserito, secondo Sherman-Jones, negli streptococchi orali.
Streptococcus sanguinis si ritrova in quantità consistente nella placca
dentaria; infatti è la prima specie batterica ad aderire alla superficie dei
denti e viene quindi considerato il primo agente della carie.
Successivamente, dopo la formazione della placca, viene sostituito da S.
mutans.
Può essere agente eziologico di setticemie ed endocarditi subacute e
viene quindi isolato dal sangue, da cui il nome.
Forme L (cioè prive di parete cellulare) di questa specie sono state messe
in relazione con casi di stomatite aftosa.
Fattori di patogenicità degli streptococchi orali
Streptococcus mutans produce un composto polisaccaridico insolubile
extracellulare derivante dal metabolismo del saccarosio. Altri microrganismi
orali, di contro, non ne sono capaci; a questa rete polisaccaridica questi
ultimi aderiscono, contribuendo alla formazione della placca batterica. S.
mutans presenta inoltre una spiccata adesività per lo smalto.
Viene mantenuto un pH di 5 o inferiore per diverse ore dalla placca (smette
di funzionare il tampone della saliva capace di rimuovere tale
microrganismo).
S. mitior, S. salivarius, S. sanguinis non producono acidi dal saccarosio.
Gli acidi che S. mutans, S. sanguinis e S. salivarius producono sono l’acido
lattico e l’acido acetico, capaci di attaccare lo smalto e di limitare la
crescita degli altri microrganismi.
L’acido paraminobenzoico (PABA) prodotto da S. mutans è un fattore di
crescita per S. sanguinis.
Nuove frontiere nel combattere gli effetti negativi
di alcuni Streptococchi orali
Il corredo genomico completo di S. mutans è stato sequenziato da Joseph
Ferretti et al. (Science Center of the University of Oklahoma) e pubblicato su
“Proceedings of the National Academy of Sciences”.
Oltre 2 milioni di coppie di basi, individuando 1963 frammenti del codice
genetico, al 63% dei quali è stata attribuita una funzione.
Almeno un centinaio di questi geni sono esclusivi del microrganismo.
• In Florida (Jeffrey Hilmann) si sta ingegnerizzando un ceppo di S. mutans
incapace di produrre acido lattico, anche dal glucosio; inoltre è stata inserita
una sequenza, mutacina 1140, capace di aggredire il batterio “normale” ed altri
nocivi; attualmente il mutante è controllato e limitato da una fonte di D-alanina
per sicurezza (risultati presentati al Congresso Nazionale dell’Accademia
Italiana di Conservativa, Riva del Garda, 21 Aprile 2004)
• In Inghilterra si è in sperimentazione umana per la commercializzazione in
dentifrici o colluttori di un vaccino basato su anticorpi in grado di bloccare i siti
normalmente attaccati da S. mutans;
Prevenzione della carie
• Precise norme di igiene orale e alimentare
• Regolari interventi odontoiatrici profilattici
 Interventi sull’ospite-dente:
protezione dei solchi delle facce trituranti; mineralizzazione dei tessuti
duri dentali; aumento della resistenza all’azione solubilizzante degli
acidi mediante l’uso di fluoro (effetto mineralizzante, effetto
antibatterico, inibisce la formazione di ac. lattico).
 Interventi sulla dieta: riduzione del consumo di saccarosio,
sostituzione del saccarosio con dolcificanti non cariogeni
Interventi sul batterio: fluoro, dieta, farmaci antibatterici.
 Farmaci antibatterici: innocuo, orale, battericida, che penetri nei siti
soggetti a carie, spettro mirato, caratteristiche organolettiche positive.
Clorexidina: bisbisguanidina, detergente cationico
 Immunoprofilassi: Vaccino anti-carie diretto verso S. mutans.