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@isanogueira 23/04/2021 CARIOLOGIA Formação do biofilme cariogênico e desenvolvimento de lesões cariosas Os biofilmes são estruturas onde os microrganismos ficam juntos, ou seja, são complexas comunidades tridimensionais de microrganismos que estão envolvidos em uma matriz extracelular, presentes geralmente sobre uma superfície sólida (dente – esmalte, dentina...) Para os biofilmes se proliferarem e amadurecer, eles vão precisar se fixar a uma superfície, caso contrário, eles são levados pelo fluido salivar e etc. São considerados o estilo de vida muito evoluído, vivem em ambientes líquidos contendo superfícies duras não descamativas (não removidas). A cavidade bucal é colonizada por diferentes especies de microorganismo, os quais são importantes na manutenção do nosso estado de saúde do organismo humano, isso se chama simbiose (é o equilibrio entre a gente e os microrganismo), quando ocorre uma quebra desse equilibrio, as mudanças no ambiente bucal favorecem a proliferação de especies patogênicas, essa alteração ecologica favorece o desenvolvimento de doença (relação de disbiose). Existem alguns fatores que interferem no crescimento desses microrganismos na cavidade bucal, como: Temperatura; PH; Presença de oxigêneo-potencial; Nutrientes endógenos e exógenos; Defesa do hospedeiro. Estagios relacionados ao estabelecimento da microbiota na cavidade bucal: Transmissão – colonização – especies pioneiras - diversidade de especies – resposta do hospedeiro – ambiente bucal – comunidade climax. @isanogueira 23/04/2021 CARIOLOGIA Os dentes são as principais superficies em que o biofilme se acumula, por conta que é uma estrutura não descamativa. Os dentes possui várias áreas distintas, as principais são aquelas que conseguimos ter um maior acúmulo de placa bacteriano. O biofilme da superficie dental vai diferir em biofilme supragengival e subgengival, cada um desses biofilmes vai atuar em algo; vai possuir grande diversidade de microbiota; presença de streptococcus e entre outros. Mucosas (lábio, boca e palato) são superfice descamativa; possui baixa diversidade da microbiota. Língua possui superfice descamativa, é mais difícl de formar biofilmes, porém sem a escovação adequada pode ter a presença de fungos, principalmente a candida. As maiores doenças que ocorre na cavidade bucal (cárie e doença periodontal) tem como fator etiologico a presença de biofilmes. Mas como um biofilme vai formar duas doenças diferentes? Isso vai acontecer por causa das mudanças que quebram o equilibrio entre nós e os microrganismos. Cárie dental – vai ocorrer por conta da dieta, do consumo excesivo de açucar, consequentemente vai ter a manutenção de ph baixo na cavidade bucal. Doença periodonta – está mais associado a uma inflamação, supressão imunológica. É uma doença que atinge nossos tecidos (gengiva, ligamento periodontal e etc), e que leva o dente a ficar mole. Inicialmente vai ocorrer uma inflamação na gengiva por conta dos biofilmes e que vai evoluir para essa doença periodontal. Desenvolvimento do biofilme 1. Inicialmente ocorre a formação da película adquirida: É uma pelicula proteica acelular, a qual começa a se formar após a limpeza dos dentes, essa superfície vai ser recoberta em poucos minutos (15min mais ou menos). Sua espessura é de 0,01 a 1mm no prazo de 24hrs. Os componentes dessa película são: glicoproteínas salivares, fosfoproteínas, lipidos e, em menor medida, componentes do FSG, restos de paredes celulares de bacterias mortas e outros produtos microbianos que também tem sido identificado na película. Como ocorre a adesão dessa película: algumas moléculas salivares vão sofrer mudanças quando se ligam a superficie do dente, isso vai fazer com que essa película exponha alguns receptores para a fixação bacteriana. Esses microorganismos são: cocoides ou cocobacilos, principalmente streptococcus e actinomyces. @isanogueira 23/04/2021 CARIOLOGIA Funções da película: vai ser essencial para desempenhar um papel modificador importante na cárie (aderência de bactérias); possui uma natureza seletiva permeável de restringir o transporte de ions para dentro e fora dos tecidos dentais; atua como proteção, ou seja, vai inibir a desmineralização da subsuperfície do esmalte. É essa película que vai determinar a composição da microbiota inicial. Inicialmente, as bactérias são mantidas de forma inespecífica proximo da superficie do dente, nesse momento elas não vão estar ligadas, só apenas ficar rodeando a película. Essas ligações vão acontecer e se tornarem fortes quandos essas bacterias especificas vão ter adesinas que vão se ligar a receptores específicos e completar essa ligação, fazendo com que seja irrevescível. Essa ligação ocorre de modo seletivo, pois só alguma bactérias conseguem se ligar, isso é o que chamamos de sistema de reconhecimento. A interação entre os microorganismos e a película é determinado por TROPISMO (que se atraem): componentes microbianos – adesinas/lectinas/fimbrias; que se atrarem pelos componentes da película – Recptores. Diferentes microrganismos apresentam diferentes capacidades de aderir as superfícies. Os que se aderem aos dentes são: streptococcus mutans; streptococcus sanguis; lactobacillus ssp; actinomyces. Os que se aderem a língua: streptococcus salivarius; actinomyces; candida. A modificação dos componentes da película vai expor novos receptores que estavam ocultos, seja pela ação de enzimas ou alterações na própria forma da película. Como já dito anteriormente após a limpeza dos dentes, essa superfície vai ser recoberta em poucos minutos, assim formando a película. Após 8hrs já tem alguns microrganismos econtrados na superfície, inicialmente essas bactérias vão formar uma monocamada, vão se espalhar na superfície dessa película, vão se ligar aos receptores específicos e vão começar a aumentar em número e tamanho. Após 8hrs já é @isanogueira 23/04/2021 CARIOLOGIA possível observar multicamadas e já começam a ser incorporadas em uma matriz intermicrobiana. Dentro de 1 dia a superfície do dentes vai estar quase completamente recoberta por microrganismos, no entanto eles não vão ser do mesmo tamanho ( vão ser diferentes em espessura); algumas áreas de monocamadas vão ser entremeadas com multicamadas, enquanto outras áres não foram nem colonizadas. Nessa fase inicial da colonização vão ter bacterias gram- positivas e gram-negativas, mas não vão estar organizadas em uma padrão específico. Depois de 1 dia a superfície do biofilme é composta principalmente por cocoides e streptococcus. Depois de 2 dias o biofilme já vai estar se desenvolvendo, quase maduro e vai apresentar uma espessura bem mais homogênea. 2. Fixação dos primeiros colonizadores bacterianos (ocorre entre 0 e 24hrs): Os microrganismos vão começar a se fixar entre eles e na superfice do dente, independente do tipo de superfície (esmalte ou raiz). Os colonizadores iniciais são os mais importantes, pois são eles que vão se ligar a película, como: Streptococcus sanguinis, Streotococcus oralis e Streptococcus mitis. Juntas, essas três espécies de estreptococos podem representar 95% dos estreptococos e 56% da microbiota inicial total. Além disso, a microbiota inicial incluir Actinomyces spp, e bactérias gram-negativas (Hoemophilus spp. e Neisseria spp.). 3. Coadesão e crescimento de bacteriais fixadas, levando a formação de microcolônias (4 a 24hrs): Os primeiros colonizadores ao se ligarem a película vão começar a se multiplicar e formar microcolônias mais espessas. Esses colonizadores vão utilizar componentes endôgenos (proteínas, peptídios, aminoácidose glicoproteínas encontradas na saliva) que vão servir como sua principal fonte de nutrientes. Esses primeiros colonizadores vão começar a metabolizar, a se mutiplicar, e vão alterar o ambiente no biofilme em que eles estão se desenvolvendo, fazendo com que crie condições adequadas para o crescimento dos colonizadores. 4. Sucessão microbiana que leva ao aumento da diversidade de espécies (1 a 7 dias): Conforme o biofilme amadurece, vai acontecer a mudança mais notável, que é a troca de uma comunidade dominada por Streptococcus para uma placa dominada por Actinamyces. As bacterias pioneiras criam um ambiente mais atraente para os invasores secundários ou cada vez mais desfavorável para eles por causa da falta de nutrientes, do acumulo de produtos metabólicos inibiotórios e/ou do aumento da @isanogueira 23/04/2021 CARIOLOGIA anaerobiose, e assim por diante. Dessa forma, a comunidade microbiana residente é gradualmente substituído por outras espécies mais adequada para o habitat modificado, que são os colonizadores secundários, esses colonizadores vão se ligar as espécies pioneiras que já estão lá, por meio de interações de receptores adesina (coadesão). Conforme o desenvolvimento do biofilme, essas bacterias vão produzir polissacarídeo, principalmente a partir do mestabolismo da sacarose, os quais contribuem para a matriz do biofilme. Esses polissacarídeos vão servir tanto para ajudar a suportar a superfície do biofime, como para reserva energética/retenção de nutrientes, água. 5. Comunidade climax/biofilme maduro (1 semana ou mais): Nesse momento do climax, a composição dos biofilmes vai ser bem diversa, vai possuir bacterias do tipo gram-positivas e gram- negativas, mas a maioria vai ser do tipo anaeróbias facultativas ou obrigatórias. Relevante para a cárie dentária vai ter a presença de cocos gram-positivas acidogênicos (produtos acidos), como principalmente os Streptococcus mutans, Actinomyces spp. e lactobacilos. A capacidade de formar biofilmes trás muitas vantagens para essa comunidade, além da proteção contra dessecação pela presença da matriz extracelular, os biofilmes são mais protegidos das defesas do próprio hospedeiro do que células bacterianas isoladas. A maior resistência a antimicrobianos é outra importante propriedade do estilo de vida em biofilme, porque: Limitacõ̧es de difusão ou reacã̧o do agente antimicrobiano com o biofilme; @isanogueira 23/04/2021 CARIOLOGIA Diferentes fenótipos expressos ao longo do biofilme, podendo apresentar áreas com microrganismos mais resistentes ou mais suscetíveis ao agente; Taxa de crescimento lenta quando comparada a células isoladas, limitando a acã̧o dos agentes antimicrobianos que agem reduzindo a taxa de multiplicacã̧o microbiana; Possibilidade de inativacã̧o ou neutralizacã̧o do agente antimicrobiano por enzimas produzidas por algumas das espécies presentes na comunidade. Por todas essas razões, explica-se o limitado efeito clínico esperado sobre biofilmes bucais para agentes antimicrobianos que são testatos em laboratórios sobre células microbianas isoladas, e não estruturas em biofilmes. Composição e dinâmica de íons minerais no biofilme dental Apesar de se apresentaem como um mosáico de microambientes, com alta diversidade microbiana e de componentes matriciais, é possível descrever a composição química dos biofilmes dentais de um modo geral. As células microbianas ocupam 70% do volume do biofilme, o resto (30%) é ocupado pela matriz extracelular e pela porção liquida do biofilme dental (flúido do biofilme). Essa matriz extracelular é composta por polissacarídeos produzidos pelas bactérias, bem como por outros macromoléculas e elementos derivados da saliva e flúido gengival. Composição quimica do biofilme dental: água, proteína, carboidratos, lipídios e componentes inorgânicos. Os compartimentos que compõem o biofilme podem ser divididos em sólidos (compartimento que contém todas as células microbianas e a porção da matriz extracelular que não é soluvel) e líquido (fração líquida que permeia as células e a matriz extracelular do biofilme). Esse flúido está associado a físico-química do desenvolvimento da lesão de cárie. E também vai possuir alguns íons como cálcio, fosfato e fluoreto que determina a dissolução dos minerais da estrutura dental. Pelo fato do cálcio ser um íon divalente, ele interage tanto na superfície bacteriana como com os íons de fluoreto, por isso eles permanece, retidos no biofilme por “pontes” de cálcio. Devido @isanogueira 23/04/2021 CARIOLOGIA a isso chamamos de reservatório de cálcio e fluoreto no biofilme. Além do reservatório biológico, os minerais também podem se precipitar no biofilme, especialmente fosfatos de cálcio, contaminados ou não com fluoreto. Considerando que a saliva e o flúido do biofilme em repouso são supersaturados em relação a diversos fosfatos de cálcio, a mineralização do biofilme poderá ocorrer, princípio básico da formação de cálculo. Ambos os reservatórios de minerais descritos (biológico e mineral precipitado) são capazes de liberar esses íons mediante uma queda de ph. Assim, durante uma queda de pH no biofilme, espera-se um aumento natural na concentração de íons cálcio, fosfato e fluoreto no fluido do biofilme dental, que podem então funcionar como tampões minerais – íons liberados do biofilme que limitam a dissolução de minerais da superfície dental durante uma queda de pH. A composição desse biofilme vai ser muito influenciada pelo ambiente que ele é formado. Para nós o mais importante dentro desses microrganismos é que elas consigam aderir a superfícies sólidas do dente, principalmente os Steptococcus, pois tem uma imensa capacidade de adesão. A prevalência das bacterias nesses biofilmes depende também de fatores ambientais e da dieta do indivíduo (que desempenha um papel fundamental na composição do biofilme relacionado a cárie). Transmissibilidade dos microrganismos Por muito tempo na literatura, foi dito que a cárie dentária era transmissível (assoprando, beijando). As bacterias que provoca a cárie não são esstranhas á boca de ninguem, elas vão sendo adquirida do próprio meio ambiente onde a criança vive. A transmissibilidade da doença está na realidade ligada à transferência de hábitos dietéticos de alto consumo de açúcar da família para os filhos, o que fará prevalecer no biofilme acumulado sobre os dentes as espécies mais cariogênicas, como Streptococcus mutans e lactobacilos. Interação do açucar e biofilme dental Ao longo do dia, vamos ter tempos de farturas e tempos de misérias. Fartura – tempo de exposição a substratos que podem ser fermentados pelas bactérias, ou seja, é quando estamos se alimentando. Miséria – tempo de recesso/intervalo entre as refeições. Além disso, o aumento do fluxo salivar durante a alimentação rapidamente dilui os substratos @isanogueira 23/04/2021 CARIOLOGIA fermentáveis que poderiam se difundir pelo biofilme, ressaltando a importância de um rápido metabolismo bacteriano. Essa interação é bem complexa. Os efeitos da dieta cariogênica sobre o biofilme dental, e consequentemente, sobre lesões de cárie, podem ser: Efeitos imediatos; Efeitos na ecologia do biofilme; Efeitos na estrutura da matriz do biofilme. Efeito imedianto Imediatamente após a exposicã̧o do biofilme dental a acú̧cares fermentáveis, tem início a queda de pH nesse biofilme. A curva de pH do biofilme dental em funcã̧o do tempo tem características bem conhecidas, sendo denominada de curva de Stephan, já que foi descrita pioneiramente por esse pesquisador. O efeito é mais acentuado e rápido mediante a exposicã̧oa carboidratos simples e rapidamente fermentáveis, como glicose, frutose e sacarose, e menos acentuado e mais lento mediante a exposicã̧o a polissacarídeos da dieta, como o amido. Obs: os individuos com baixo fluxo salivar tem uma queda mais acentuada do ph durante essa fase. O efeito da saliva nessa etapa da curva é tal que, se for restringido o seu acesso ao biofilme, o pH não mais se eleva Também já foi observado que a queda de pH é menos acentuada e o retorno mais rápido na arcada inferior do que na superior, pelo maior acesso à saliva no primeiro. E ́ importante notar que o desenho da curva de Stephan resulta da exposicã̧o curta a um carboidrato fermentav́el. No entanto, nos casos de EXPOSIÇÃO CONTIŃUA, como durante o consumo de uma mamadeira acu̧carada, o pH mínimo será atingido e mantido durante o período de tempo @isanogueira 23/04/2021 CARIOLOGIA em que o substrato acidogênico estiver disponível, causando a cárie da primeira infancia. Quando se tem essa queda de ph e essa fermentação de carboidratos, diversos ácidos são produzir, como: ácidos láctico e ácido acético. Ácido láctico – considerado o mais cariogênico por não ser volátil e também por sua constante de dissociação ser mais baixa. A rápida produção de ácido láctico durante o período de exposição do biofilme a carboidratos resulta na rápida queda de pH observada na curva de Stephan. O metabolismo do biofilme durante os períodos de “miséria” requer o máximo aproveitamento dos nutrientes disponíveis, ocorrendo o direcionamento do metabolismo para a produção de ácido acético, fórmico e etanol, o que gera mais energia (na forma de ATP). Efeito na ecologia do biofilme O efeito nessas quedas de ph no biofilme transcende os frequentes episódios de desmineralização dental que podem acontecer. Ele vai está exposto com frequência a açucares fermentáveis, e consequentemente a um ambiente ácido, resultará em uma seleção ecológica de microrganismos mais adaptos a esse ambiente. A frequente exposição à açúcares fermentáveis cria diversos episódios de pH ácido no biofilme, que por sua vez selecionam microrganismos ácido-tolerantes (acidúricos), causando uma modificação ecológica do biofilme (de uma microbiota compatível com saúde bucal para uma microbiota cariogênica). Essa mudança causará um favorecimento do processo de desmineralização dental, em detrimento da remineralizacção. A modificação ecológica do biofilme causa efeitos não apenas na sua composição microbiana, mas também em seu metabolismo. O pH em jejum (10-12 horas após a última exposição a açúcar) do biofilme dental de indivíduos que estão consumindo carboidratos fermentáveis com frequência é normalmente mais baixo do que o pH daqueles que tem uma baixa frequência de consumo de açúcares por dia. A capacidade do biofilme de manter seu metabolismo ácido em jejum é conhecida desde os estudos pioneiros de Stephan. Esse autor já́ havia demonstrado, em 1944, que INDIVID́UOS COM DIFERENTES EXPERIÊNCIAS DE CÁRIE APRESENTAM CURVAS DE STEPHAN DISTINTAS. EXTREMA ATIVIDADE DE CÁRIE - O pH inicial é mais baixo (reflexo do metabolismo de reservas durante o período de jejum) e o pH mínimo atingido durante a exposição a um açúcar também é mais baixo (reflexo da microbiota @isanogueira 23/04/2021 CARIOLOGIA cariogênica que possui O INVERSO OCORRENDO EM INDIVID́UOS LIVRES DE CÁRIE. Os polissacarídeos capazes de funcionar como reserva durante o período de jejum são de dois tipos: intra e extracelulares. Os polissacarídeos INTRACELULARES são polímeros de glicose (tipo glicogênio) sintetizados a partir de açúcares que são captados pelas bactérias, mas não chegam a ser quebrados para a produção de ácidos (e energia). Polissacarídeos de reserva EXTRACELULAR possuem um metabolismo distinto. São produzidos por enzimas extracelulares secretadas por alguns microrganismos do biofilme (sendo mais estudadas aquelas produzidas pelas espécies de Streptococcus mutans), chamadas de glucosiltransferases e frutosiltransferases. Essas enzimas funcionam no meio extracelular (matriz do biofilme, película adquirida, superfície externa das bactérias do biofilme) de forma independente de qualquer outro aparato, coenzima ou cofato. Para a formação desses polissacarídeos de reserva SEU SUBSTRATO EXCLUSIVO E ́A SACAROSE, um dissacarídeo formado por glicose e frutose e apresenta uma ligação glicosídica. Quando acontece a quebra dessa ligação entre a glicose e frutose, pelas referidas enzimas (glucosiltransferase e frutosiltransferase), proporciona que uma reação de síntese ocorra em seguida. Glucosiltransferase irá sintetizar polissacarídeos de glicose, transferindo esse monossacarídeo da sacarose para o polímero em formação. Frutosiltransferase irá sintetizar polissacarídeos de frutose, polimerizando unidades desse monossacarídeo obtidas a partir da quebra da sacarose. @isanogueira 23/04/2021 CARIOLOGIA Efeito na estrutura da matriz do biofilme Embora a sacarose seja o único substrato para a síntese de polissacarídeos extracelulares de reserva, seu efeito diferencial em relação a outros açúcares da dieta não é apenas esse. Há um tipo de polissacarídeo produzido por glucosiltransferases que não funciona como reserva, pois não pode ser metabolizado depois de produzido, mas que causa um grande efeito na cariogenicidade do biofilme, chamado de mutano. Mutano - Polissacarídeo insolúvel para o qual não existe, na microbiota bucal, enzima disponível para quebrá-lo e metabolizá-lo. Capaz de aumentar a cariogenicidade do biofilme pela modificação da matriz extracelular do mesmo, a qual se torna mais pegajosa (capaz de facilitar a aderência de microrganismos no biofilme), volumosa e porosa. Uma vez produzido, não mais será removido do biofilme (já que não é metabolizado, pois no biofilme não há produção da enzima mutanase para sua degradação) Portanto, funciona como arcabouço para a estrutura do biofilme, que só́ pode ser desintegrado por meio de ações mecânicas, como a escovação. Açucares da dieta e potencial cariogênico Sacarose possui atributos adicionais em relação a outros açúcares em termos de cariogenicidade. Além de ser fermentável, a sacarose é o único açúcar que é substrato para a síntese de polissacarídeos extracelulares (de reserva ou estruturais), que modificam a estrutura da matriz do biofilme. Outros açúcares presentes na nossa dieta, porém com potencial cariogênico menor, são o amido e a lactose. A lactose (um dissacarídeo formado por glicose e galactose) possui potencial de baixar o pH menor do que a sacarose, glicose ou frutose. Com isso, não tem capacidade de causar quedas de pH suficientes para desmineralizar o esmalte, mas sim para desmineralizar a dentina. Embora o consumo de lactose a partir do leite não seja considerado cariogênico, já que este possui concentrações elevadas de cálcio e fosfato, que são anticariogênicos, o uso de lactose como excipiente em adoçantes em pó (sachês) pode ocultar um risco para cárie radicular em pacientes com superfície radicular exposta. @isanogueira 23/04/2021 CARIOLOGIA Assim, indivíduos que consomem vários cafezinhos ao dia utilizando adoçantes em pó podem estar sujeitos à desmineralização da dentina radicular pela fermentação da lactose contida nestes. Obviamente que o potencial cariogênico desses cafés adoçados artificialmente será muito menor do que o de cafés adoçados com sacarose. Amido - Capacidade de sua fermentação é muito menor do que a de açúcares mais simples, pois se trata de um polissacarídeo de glicose que precisa ser hidrolisado nacavidade bucal (pela enzima amilase salivar) para fornecer produtos de menor tamanho que possam ser fermentados. O amido também é considerado cariogênico para a dentina. Em acréscimo, sua associação com a sacarose parece tornar o biofilme mais cariogênico do que aquele formado sob exposição isolada à sacarose. A explicação para isso está na modificação da estrutura do biofilme, pois hidrolisados de amido podem funcionar como aceptores para a produção dos polissacarídeos extracelulares a partir da sacarose, tornando a matriz do biofilme mais cariogênica. A associação de amido e sacarose é bastante comum na nossa dieta (mingaus, pães doces, biscoitos doces, fórmulas infantis adoçadas), resultando em preocupação quanto a seu potencial cariogênico. Também é preocupante o potencial cariogênico de hidrolisados de amido, fragmentos do polissacarídeo utilizados pela indústria alimentícia em inúmeros produtos, como formulas infantis. Estas, mesmo sem serem adicionadas de sacarose, podem conter hidrolisados de amido de tamanho pequeno e rapidamente fermentáveis, resultando em perda mineral significativa. Progressão de lesões de cárie A progressão será mais rápida quanto mais agressivo for o desafio cariogênico, a depender dos fatores: Idade do biofilme - Biofilmes maduros formados sob exposição contínua a açúcares fermentáveis são mais cariogênicos do que biofilmes jovens. Frequência de exposição diária do biofilme a açúcares fermentáveis - Quanto maior, mais rapidamente serão visualizadas lesões de cárie. Acesso à saliva - Regiões com menor acesso à saliva (região anterior superior), especialmente em pacientes realizando sucção de mamadeira ou pacientes com redução patológica do fluxo salivar, apresentam quadros rampantes de cárie. Acesso a flúor - A presença de fluoreto nos fluidos bucais modifica o processo de desmineralização/ remineralização, @isanogueira 23/04/2021 CARIOLOGIA reduzindo a velocidade de progressão das lesões de cárie.
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