Antibakteriální účinky aminfluoridu na dentální plak

Úvod

Koncentrace fluoridův zubním plaku

Fundamentálním významem pro účinek fluoridu v zubním plaku z hlediska prevence tvorby zubního kazu je jeho přítomnost na tomto místě. Je nutné zmínit, že slabá kyselina fluorovodíková se z 98% štěpí při hodnotách pH vyšších než 5.0, avšak při pH 4.0 již 12% nerozštěpené formy existuje v podobě HF. V důsledku své reaktivity se fluorid ukládá jak intracelulárně, tak extracelulárně. Vbuňkách se v převážné míře váže na proteiny cytoplasmy, zatímco vně buněk se nachází v podobě fluoridu vápenatého stabilizovaného organickými fosfáty a matricovými proteiny.

Podle nových zjištění existují v zubním plaku dvě různé formy: zhruba 5% existuje v podobě „volných“ fluoridů, 95% existuje v podobě „extrahovatelných“ fluoridů. Co se týká krátkodobé expozice fluoridu (F) u jednotlivce, činí průměrné množství fluoridu v plaku zhruba 5 až 10ppm F hmotnosti v mokrém stavu. V případě permanentní expozice fluoridu tato hodnota vzroste na 10 až 20 ppm F.

Absorpce fluoridu plakem

Množství fluoridu v bakteriích se odvíjí od obsahu fluoridu vně buněk; oproti koncentračnímu gradientu může být intracelulárně vyšší nezávisle na energii. Jestliže extracelulární hodnota pH z důvodu ataky bakteriálních kyselin klesne, existuje zde již relativně velké množství nerozštěpeného fluoridu v podobě HF, který v důsledku své elektronové neutrality pronikne do buňky, kde narazí na neutrální hodnotu pH a rozštěpí se na H⁺ a F^– (obr. 1).

Obr. 1: Přesun fluoridů bakteriální membránou při kyselé hodnotě pH

Dochází tedy nejen k tomu, že fluorid proniká do buňky, zároveň s tím přicházejí také protony, takže dochází k intracelulární acidóze. Fluoridy v buňkách jsou vysoce ionizovatelné a vyznačují se volnou vazbou a v mnohem menší míře i pevnou vazbou. Existují významné rozdíly v citlivosti různých mikrobiologických druhů a rodů na fluorid, avšak až do 1 mmol/l (19ppm) expozice fluoridu v plaku nedochází k žádným změnám v popisovaném bakteriálním složení.

Specifické metabolické účinky fluoridu

Fluoridy zasahují do intermediárního metabolismu bakterií v následujících oblastech:

1. Enoláza: tento enzym je primárním cílem iontů fluoridu v bakteriálních buňkách; obsahuje ve svém aktivním místě hořčík, který reaguje s fluoridem, čímž se přeruší přeměna 2-fosfoglycerátu na fosfoenolpyruvát (PEP) a významně omezí energetický metabolismus. Enoláza je citlivá nejen na fluorid, avšak také na změny v intracelulární hodnotě pH. Jeho ideální hodnota pH se pohybuje mezi 7,3 a 7,7. Snížená produkce kyselin v důsledku omezeného energetického metabolismu mikroorganismů doprovázená poklesem množství ATP odráží antimikrobiální účinek fluoridu a představuje klíčovou funkci v prevenci tvorby zubního kazu.

2. PEP-fosfotransferáza: ovlivněn je rovněž transport cukru bakteriální membránou, protože systém fosfoenolpyruvát-fosfotransferáza (PEP-PTF) vyžaduje ATP k translokaci glukózy do membrány a k aktivaci cukru.

Enzymový systém nereaguje se samotným fluoridem, takže nedostatek cukru transportovaného do buňky je možné přímo přisoudit nedostatku ATP.

3. ATPáza translokující protony a hybná síla protonů: v případě anaerobních bakterií vytváří v membráně lokalizovaná ATPáza emitující protony mezi extracelulárním a intracelulárním prostorem pH gradient, který slouží k transportu aminokyselin, ale i cukrů, do buňky. Nedostatek ATP tuto funkci buňky narušuje.

4. Makromolekuly / polysacharidy (PS): orální bakterie vytvářejí v obdobích omezeného přísunu nutrientů extracelulární a intracelulární polysacharidy, které slouží jako zásoby, složky matrice a také jako „adhezivum“ k pevnému povrchu. Fluoridy brání syntéze extracelulárních PS nerozpustných ve vodě u S. mutans, zatímco syntéza PS rozpustných ve vodě zůstává nedotčena.

Ačkoliv byl popsán posun v poměru mezi fruktózou a glukózou v PS v důsledku přítomnosti fluoridů, nebyl zjištěn žádný vliv fluoridu na glukosyltrasferázu nebo fruktosyltransferázu, a to až do množství 200 ppm. Inhibiční účinky však byly popsány u syntézy makromolekulárních složek buněk nebo u kyseliny lipoteichoické nebo peptidoglykanů v buněčné stěně. Na základě synoptického pohledu na inhibiční vlivy má význam nejen inhibice glykolýzy fluoridy. V důsledku narušení pH gradientu dochází k dodatečnému narušení bakterií.

In vivo přenosnost

Koncentrace fluoridu v biofilmu zubního plaku v laboratorních pokusech in vitro není specifická a chování bakterií organizovaných a strukturovaných v plaku se proto může lišit od planktonické fáze ústního mikrobiálního společenství.

Srovnání účinku aminfluoridu, aminchloridu a chlorhexidinu na bakterii S. sobrinus v podobě planktonického růstu nebo biofilmu ukázalo, že inhibice biofilmu ve stejné míře vyžaduje 75 až 300krát vyšší koncentrace.

Stephanovy křivky zaznamenané Grafem v roce 1968 po podávání sacharidových roztoků s obsahem fluoridu rovněž potvrzují tyto rozdíly v reakci biofilmu. Podle obdobných výsledků in vitro by se měla inhibice produkce kyselin projevit dříve a měla by být zřetelnější (obr. 2).

Obr. 2: Inhibice zubního plaku při různých koncentracích fluoridu (výše) a průběhy Stephanovy křivky, jestliže podávaný cukerný roztok rovněž obsahuje fluoridy

Zdá se však, že produkce kyselin plakem při permanentním podávání fluoridu je méně kyselá o zhruba 0,2 pH. Tomu lze přisoudit hlavní příspěvek k prevenci tvorby zubního kazu. Při posunu minimální hodnoty pH o 0,2 jednotky směrem k neutrální hodnotě je plaková tekutina nasycena apatitem dříve, její rozpouštění není tak intenzivní nebo k němu dokonce nedochází.

Specificita účinku aminfluoridů

U aminfluoridů je kationtem buď monoamin (olaflur) nebo diamin (dectaflur), který má rovněž apolární alifatický řetězec. Tyto protikladné složky udělují molekulární struktuře povrchově aktivní vlastnosti. Důsledkem je optimální zvlhčení povrchu zubů aminfluoridy, takže interakce s tvrdou tkání a také průnik plakem je obzvláště intenzivní.

Organická složka aminfluoridu má samostatné antibakteriální vlastnosti, které se projevují při interakci s bakteriální membránou, přičemž v difuzních modelech může být odlišena od anorganického fluoridu, který se jako „menší“ iont uvolňuje ze zařízení s pomalým uvolňováním rychleji (Shani a kol. 1998). Minimální koncentrace aminfluoridu pro inhibici S. sobrinus je 100krát nižší než koncentrace NaF (Shani a kol. 1996). Aminfluorid zabíjí i gramnegativní bakterie, tedy i A. actinomycetemcomitans, kterou je obtížné ovlivnit; ta je ovlivněna již jednou desetinou koncentrace elmexu (olafluru) (Oosterwaal a kol. 1989, 1990).

Prodloužená substantivita aminfluoridu srovnatelná s chlorhexidinem je popsána v následujících výzkumech zubní skloviny podmíněné slinami (Decker a kol. 2003). Koncentrace bakteriostatik nebo bakteriocidů mezi 65 a 260 g/ml, jak bylo zjištěno u 40 kmenů (Kay, Wilson 1988) při dobách kontaktu mezi 3 a 46 minutami, nelze přisoudit pouze iontům fluoridu.

In-vitro studie zabývající se vlivem NaF a aminfluoridu na enolázu a membránovou ATPázu (GABA, interní zpráva) ukazují na různé mechanismy interakce, protože enoláza je inhibována fluoridem sodným, zatímco aminová složka má na enzym ochranný nebo dokonce stimulační vliv. ATPáza je oproti tomu významně citlivější na aminfluorid než na NaF, takže souhrn vlivů aminfluoridu významně brání bakteriální glykóze.

Aminfluorid má v zubním plaku jakoby depotní účinek (Dolan a kol. 1974), protože 90 minut po vypláchnutí NaF nemá přísun cukru z plaku na Stephanově křivce žádný vliv, zatímco aminfluorid vyvolá sníženou metabolickou aktivitu (Schneider, Mühleman 1974). Antiglykotický účinek aminfluoridu trvá 3 až 6 hodin.

Antibakteriální účinek byl popsán v mnoha případech klinické aplikace aminfluoridu. Stejně tak tomu bylo i v našem výzkumu při aplikaci meridolu, chlorhexidinu nebo aminfluoridu (Schulz a kol. 1991).

Po 21 dnech bez ústní hygieny bylo pozorováno 40% pokrytí labiálního povrchu pravého horního řezáku plakem, které by mohlo být sníženo na 13% při vyplachování úst ústní vodou s obsahem aminfluoridu dvakrát denně (250 ppm F) (obr. 3). Snížení plaku v tomto rozsahu nelze dosáhnout použitím NaF (250 ppm) (Perdok a kol. 1989).

Obr. 3: Akumulace plaku na zubu č. 12 po 5 dnech bez ústní hygieny a po 21dnech vyplachování úst placebem, aminfluoridem / fluoridem cínatým (250 ppm F), chlorhexidinem (0,2%) nebo aminfluoridem (250 ppm F)

Kromě samotného účinku fluoridu se aminfluoridy vyznačují také antibakteriálními účinky, protože

• v důsledku svých povrchově aktivních vlastností rychle pokryjí všechny povrchy v ústní dutině,
• vykazují delší clearance z ústní dutiny a zubního plaku,
• evidentně se vážou k plaku,
• jsou silně antiglykotické a proto
• mají vysoce bakteriostatický a baktericidní účinek.

Je zřejmé, že výsledky antibakteriální účinnosti fluoridu společně s účinkem na prevenci tvorby zubního kazu jsou přesvědčivé. Vliv iontů fluoridu lze zvýšit specifickými anionty, jak je možné ověřit u aminfluoridu.

Jejich účinky, podporující účinek fluoridu, jsou významným předpokladem významného, klinicky ověřeného účinku přípravků s obsahem aminfluoridu na prevenci tvorby zubního kazu.

Korespondenční adresa:

Prof. Dr. Dr. Lutz Stößer

Friedrich-Schiller-Universität Hospital Poliklinik für Präventive Zahnheilkunde (oddělení preventivní stomatologie)

Bachstrasse 18 · 07743 Jena · Německo

Tel.: +49 (0)3641-934800

Fax: +49 (0)3641-934802

e-mail: lutz.stoesser@med.uni-jena.de

Zdroj: PROPHYLAXISdialogue, 2010, 1, s. 9-11