Структура биоплёнки.
Биоплёнка — это конгломерат колоний микроорганизмов, которые погружены во внеклеточный матрикс и прикреплены к поверхности. Микроколонии занимают примерно 15% от общей массы биоплёнки.Экстрацеллюлярный матрикс, состоящий из экзополисахаридов, выделяемый микробами и несущий важные функции в жизнедеятельности биоплёнки, занимает 85% массы биоплёнки. Несмотря на название, биоплёнка не является однородной субстанцией, она гетерогенна в пространстве и во времени, сквозь биоплёнку проходят водные каналы, несущие питательные вещества и вымывающие продукты жизнедеятельности микроорганизмов.
Экстрацеллюлярный матрикс является мощным биологическим клеем, с помощью которого биоплёнка прочно прикрепляется к поверхности. В области стоматологии речь идёт о эмали зубов, если мы обсуждаем начальный кариес, и о поверхности корня, если говорим о патологии пародонта, в области эндодонтии мы говорим о биоплёнке, прикрепляющейся к поверхности дентина канала корня. Кроме того, экстрацеллюлярный матрикс может являться и питательным субстратом для бактерий. Кстати, в эндодонтии биоплёнка была описана уже в 1987 году Nair P. как конгломерат микробов различной формы, погружённый в экстрацеллюлярный аморфный матрикс, однако термин «биофильм» в то время не звучал, и на это наблюдение не обратили внимание.
Стадии образования биопленки:
1 — первичное прикрепление; 2 – необратимое прикрепление; 3 – созревание; 4 – стадия полного созревания; 5 — распространение.Сегодня медики уверены, что более чем в 80% случаев инфекционные поражения организма проходят в форме биоплёночной инфекции. В такой ситуации предложение Nair P. «относиться к хроническому апикальному периодонтиту, как к инфекционному заболеванию, вызванному внутриканальной биопленкой» абсолютно логично.
Чем же так интересна эта структура? Внутри биоплёнки создаются уникальные условия с точки зрения взаимодействия между микроорганизмами: близкий контакт позволяет резко усилить обмен генетической информацией, соответственно, образование резистентных штаммов микроорганизмов происходит намного быстрее, чем у микроорганизмов, находящихся в форме планктона. Между колониями микробов возникает свой язык общения по типу феромонов: сигнальные молекулы вызывают изменение в поведении микроколоний и влияют на скорость размножения микробов и проявления тех или иных фенотипических свойств. И наконец, внутри биоплёнки возникают сложнейшие пищевые цепочки, где продукты жизнедеятельности одних микроорганизмов являются основой для существования других. Экстрацеллюлярный матрикс защищает микробов от воздействия внешних факторов, к которым относятся и наши попытки их уничтожения. Как выяснилось, большинство международных микробиологических исследований изучало микробов в форме планктона, и поэтому часто исследователи не понимали, в чём такая большая разница результатов исследований in vitro и конечного эффекта in vivo. Характерным примером являются данные о возможной разнице резистентности микробов к амоксициллину в форме планктона и биоплёнки в 1000 раз.
Понимание взаимодействия микробов в биоплёнке помогает нам ответить на старый вопрос микробиологов: все ли микробы, что мы находим в инфицированном канале, нужны для возникновения апикального периодонтита или есть главные игроки, а часть микробов просто попала в канал и никакой роли в патогенезе не играет? Учитывая наши знания о биоплёнке, мы понимаем, что безобидные, на первый взгляд, микробы несут такие важные функции, как образование экстрацеллюлярного матрикса, и являются незаменимыми в пищевых цепочках. Все эти данные рисуют непростую картину борьбы с инфекционными заболеваниями как в области общей медицины, так и в стоматологии. Наиболее логичным путём является механическое удаление биоплёнки с поверхности. В терапевтической стоматологии мы часто совмещаем удаление биоплёнки с подлежащей поверхности. Пародонтологи уже много лет говорят о необходимости качественного удаления зубного камня и полировки корня как об основе любого пародонтологического лечения. Абсолютно естественно, что мы акцентируем наше внимание на инструментальной обработке канала как на основном этапе борьбы с биоплёнкой. Однако данные последних десятилетий неутешительны: даже при агрессивной обработке канала при
использовании вращающихся никель-титановых инструментов 25-35% поверхности каналов остаются необработанными. Мы не должны забывать, что основной целью инструментальной обработки канала является придание ему формы, а за очистку в основном ответственны ирригация и внутриканальная антисептическая обработка.
С вхождением в обиход термина «биоплёнка» многие исследователи начали поиски антидотов. Различают два основных направления: поиск новых методик и средств и проверка старых известных игроков на поле боя с инфекциями в новых лабораторных условиях. Одно из самых интересных направлений — фотоактивируемая дезинфекция (PTD, PAD). Эта процедура была разработана в области онкологии: нетоксичные маркеры, называемые фотосенситайзерами, наносились на злокачественные или предраковые ткани и затем активировались низкоэнергетическим лазером, вследствие чего образовывался активный кислород и свободные радикалы, приводящие к гибели раковой клетки. В эндодонтии корневой канал прокрашивается, как правило, метиленовым синим или толуидиновым синим, и эти фотосенситайзеры прикрепляются к наружной поверхности микробов. После этого канал облучается низкоэнергетическим лазером (CO2) с длиной волны 665 нм. Данная процедура вызывает уничтожение бактерий. Естественно, что если бактерии находятся в форме планктона, такая система работает со 100%-ной эффективностью, но биоплёнка не позволяет красителям достичь внутренних слоев, и поэтому многие исследователи показывают невозможность полного уничтожения микробной биоплёнки такими системами и как вывод пишут о создании мощной дополнительной антибактериальной системы, но не альтернативной.
Другие новые направления, такие как электрохимически активированная вода или озоновые системы, к сожалению, показали свою несостоятельность в борьбе с биоплёнкой. Группы исследователей, изучающих взаимодействие между «старыми» ирригантами и биоплёнкой, пришли к однозначному выводу, что лучшим является раствор гипохлорита натрия. Огромное значение играет его способность растворять органический матрикс, в данной ситуации это растворение экстрацеллюлярного матрикса биоплёнки, и за счет этого - проникновение NaOCl в глубокие слои биоплёнки. Без ирригации NaOCl современная качественная эндодонтия невозможна. И естественно, что методики, повышающие эффективность ирригаций NaOCl, такие как пассивная ультразвуковая ирригация, позволяют облегчить борьбу с биоплёнкой. На базе научных данных о том, что Ca(OH)2 (гидроокись кальция) обладает свойством растворять органическую ткань, можно предположить, что его использование в случаях с зубами со сложным анатомическим строением и хроническими инфекционными состояниями тоже имеет смысл.
В будущем наиболее интересное решение - это поиск биологических методов борьбы с инфекцией, в основе которых будет лежать расшифровка языка микробов и управление биоплёнкой путем использования сигнальных молекул или воздействие на ключевые бактерии с точки зрения функционирования биоплёнки.