3. Literaturübersicht

3.1. Allgemeines

3.1.1. Mikroorganismen im oralen System

▼ 2 

Unter dem Begriff „Mikroorganismen“ werden Bakterien, Viren, Protozoen und Pilze zusammengefasst. Sie erfüllen Aufgaben, die nützlicher, schädlicher oder indifferenter Art sind (Lautenbach 1992). In der Medizin nahm KOCH 1890 als erster die Unterscheidung in apathogene und pathogene Mikroorganismen vor (Schlegel 1999). Neben den Mikrobiotopen Haut, Darm, oberer Respirations- und Genitaltrakt sind spezifische Kleinstlebewesen zu einem Anteil von 109 Bakterien/ml Speichel auch in der Mundhöhle zu finden (Bowen 1996). Dominierend in ihrer Anzahl sind α-hämolytische Streptokokken, Aktinomyzeten, Bacteroidaceae sowie Mykoplasmen und Spirochäten (Melvin 1991). Ihre Fähigkeit, an Zahn und Mundschleimhautoberflächen zu adhärieren, stellt eine Grundvoraussetzung für die Etablierung eines pathogenen Biofilms und daraus folgende Dentalerkrankungen dar (Hannig 2001).

3.2. Erkrankungen der Mundhöhle

Mikroorganismen finden im Mundraum geeignete Voraussetzungen in Bezug auf Feuchtigkeit, Temperatur, Kohlendioxidgehalt, pH-Wert und Sauerstoffgehalt, wobei je nach Lokalisation diese Faktoren in ihrem Verhalten differieren. Die Art und Anzahl der Bakterien in der Mundhöhle und ihr Adhärenzverhalten an Zahnoberflächen und Mukosa ist zusammen mit anderen Faktoren prägend für zwei der häufigsten Erkrankungen in den Industrieländern: Karies und Parodontitis.

3.2.1. Ätiologie der Karies

Karies ist ein multikausaler, dynamischer Prozess mit sich abwechselnden Phasen der Demineralisation und Remineralisation. Er führt letztendlich zur Kavitation und Zerstörung der Zahnhartsubstanz. Bereits vor 110 Jahren befasste sich Miller mit den „Mikroorganismen der Mundhöhle“ in Bezug auf die „Entstehung der Karies“. Obgleich seine These des „chemisch-parasitären Vorgangs“ (Miller 1892) seiner Zeit und bis weit in das 20.Jahrhundert hinein nicht anerkannt war, so bildet sie doch die Grundlage der heute gültigen Kariestheorie. Orland et al. bewiesen 1954, dass Karies bei keimfrei gezüchteten Ratten nicht auftritt (Orland et al. 1954). Ein Modell der Ätiologie wurde erst 70 Jahre nach Miller mit Hilfe von Versuchen an Ratten und Hamstern von Keyes entwickelt. Es stützt sich auf die Infektiosität der Karies und drückt das Zusammenspiel von „Zahn“, „Mikroorganismen“ und „Substrat für die Mikroorganismen“ aus (Keyes 1960 + 1962). Die momentane schematische Darstellung des Karies-Modells unterscheidet sich nur noch in Bezug auf den von König 1987 hinzugefügten Faktor der „Zeit“ (siehe Abbildung 1).

▼ 3 


Abbildung 1: schematische Darstellung der Karies-Ätiologie nach KÖNIG 1987



Dieser ist für die Kariesentstehung im gleichen Maße obligat, wie die drei durch KEYES 1960 ermittelten Faktoren „Zahn“, „Mikroorganismen“ und „Substrat für die Mikroorganismen“. Eine Zerstörung der Zahnhartsubstanz ergibt sich erst nach häufigen bzw. langanhaltenden Säureangriffen. Die lokalen und nicht allein die genetischen Einflüsse im Mundraum sind ausschlaggebend für die Entwicklung kariöser Läsionen (König 1995).

▼ 4 

Zur Untermauerung des Modells wurden zahlreiche Untersuchungen gemacht. So ergab sich z.B. in Tierexperimenten (Orland et al. 1955, Stephan 1966, Fitzgerald 1968) und in epidemiologischen Studien (Gustafsson et al. 1954, Russel 1963, Newbrun 1982, Sheiham 1983), dass die nahrungsbedingte Aufnahme niedermolekularer Kohlenhydrate mit dem Auftreten von Karies in direktem Zusammenhang steht. Des Weiteren beeinflusst die Konzentration sowie die Konsistenz des Zuckers das kariogene Potential. König & Mühlemann belegten 1967, dass die Kariogenität des Zuckers ansteigt, je klebriger und feinkörniger dieser ist. Den Mikroorganismen der Plaque steht demzufolge längere Zeit Substrat zur Verfügung, so dass ein länger andauernder Säureangriff auf die Zähne erfolgt (Stephan 1966, Imfeld 1983). Additiv zeigte Gustafsson 1954 in der „Vipeholm-Studie“, dass nicht nur die zu sich genommene Substratmenge, sondern insbesondere die Frequenz eine wichtige Rolle spielt. Mehrere zuckerhaltige Zwischenmahlzeiten rufen einen erhöhten Karieszuwachs hervor. So sind gerade in den heutigen Industrieländern Warnungen vor der Gefahr durch den frequenten Zuckerkonsum noch heute begründet (Zero 2004).

Letztendlich bestimmt neben der für den Stoffwechsel nötigen enzymatischen Ausstattung der Bakterien das Ausmaß des speziellen Nahrungsangebotes die Quantität der Bakterien. Initial stammen die meisten Nährstoffe aus dem Speichel, wobei deren Konzentration allerdings sehr gering ist (Carlsson 1980). Darauf folgt die bereits erwähnte bakterielle Aufnahme der niedermolekularen Kohlenhydrate, bevor, wie z.B. in älterer Plaque, eine enge, symbiotische Beziehung der Keime untereinander entsteht. Diese ermöglicht es den Bakterien, die Stoffwechselprodukte anderer bzw. Substrate toter oder lysierter Mikroorganismen zu nutzen (Theilade & Theilade 1970, Carlsson 1989).

Wichtig zu erwähnen ist, dass Mikroorganismen und Substrat allein noch keine Karies verursachen können. Die Bakterien müssen immer in Form von Plaque, eines organisch strukturierten Belages, auf den Zahnoberflächen vorhanden sein. Denn mehrere Studien ergaben (Orland et al. 1954 + 1955, Axelsson & Lindhe 1978), dass Karies ohne Plaque nicht in Erscheinung tritt. Im Übrigen ist neben dem Alter der Plaque auch deren Zusammensetzung für das kariogene Potential entscheidend (Imfeld & Lutz 1980).

3.2.1.1. Streptococcus mutans

▼ 5 

Clarke gelang es 1924 Keime aus kariösen Kavitäten im Mundraum zu isolieren. Da bis zu diesem Zeitpunkt elektronenmikroskopisch nur runde Streptokokken bekannt waren, bezeichnete er diese Art aufgrund der ovalen Form als Mutanten: Streptococcus mutans (= S.mutans). Jahre später wurde erneut dieser Keim beschrieben und mit Hilfe von Tierexperimenten seine besondere Kariogenität bewiesen (Fitzgerald & Keyes 1960, Krasse 1966, Bowen 1968, Keyes 1968). Eine Unterteilung des ursprünglichen S.mutans bezüglich seiner immunologischen, biologischen und serologischen Eigenschaften ergab sich dann durch weitere Studien: Benennung von fünf Serotypen a, b, c, d und e (Bratthal 1969 + 1970); Erweiterung um zwei Serotypen f und g (Perch et al. 1974); Identifizierung von vier Genotypen I, II, III und IV (Coykendall 1974) und deren Namensgebung „Streptococcus mutans“ (= Serotyp c), „Streptococcus rattus“ (= b), „Streptococcus criceteus“ (= a) und „Streptococcus sobrinus“ (= d) (Coykendall 1977); Entdeckung einer weiteren Streptokokkenart „Streptococcus macacae“ (Loesche 1986); Neubenennung des Serotypen h in „Streptococcus downei“ (Whiley et al. 1988); Klassifizierung anhand von Biotypen in fünf Gruppen I, II, III, IV und V (Shklair & Keene 1974). Alle diese kariogenen Mutans-Spezies wurden unter dem Begriff „Mutans Streptokokken“ zusammengefasst (Coykendall 1984). Beim Menschen wird von ca. 300 im Mund befindlichen Bakterienspezies S.mutans am häufigsten (70-100%; Streptococcus sobrinus <30%) angetroffen, wobei er nachweislich mit Karies korreliert (Loesche 1982, Carlsson et al. 1985, Kristoffersson et al. 1985, Kristoffersson et al. 1986, Loesche 1986, Beighton et al. 1989, Buischi et al. 1989, Hellden et al. 1989, Salonen et al. 1989, Eisenberg et al. 1991).

3.2.2. Ätiologie der Parodontitis

Die Parodontitis ist je nach Ausprägungsart eine mehr oder weniger generalisierte entzündliche multifaktorielle Erkrankung des Parodontiums (Rateitschak et al. 2004). Bakterielle Anlagerungen an der Mundschleimhaut und am Zahn in Form von Plaque initiieren marginale Entzündungsreaktionen. Diese Gingivitiden können bei einem reduzierten Immunstatus, der Präsenz von Risikofaktoren, inflammatorischen Mediatoren und einem Überhandnehmenden parodontogener Bakterien auf die tieferen Strukturen des Zahnhalteapparats übergreifen und eine Auflösung desmodontaler Fasern sowie des Knochens nach sich ziehen (Rateitschak et al. 2004). Es ergibt sich folglich eine Taschenbildung im ursprünglichen Bereich des Zahnhalteapparats. Einsetzender Knochenabbau bedingt im fortgeschrittenen Stadium eine Zahnlockerung und nachfolgenden Zahnverlust (Schroeder 1996). Anhand des Alters zur Zeit des Krankheitsbeginns, des Schweregrades und der endogenen bzw. exogenen Implizität teilt die heutige Medizin die Parodontitis in verschiedene Formen ein (Lautenbach 1992, Lang 2003). Ätiologisch liegen jeder differenzierten Erscheinungsform - analog zur Karies - die vier essentiellen Faktoren zu Grunde, die ausschließlich in Ergänzung das Krankheitsbild ergeben: „Wirt“, „Mikroorganismen“, „Substrat“ und „Zeit“ (König 2000). LOE gelang es mit seinen Mitarbeitern bereits 1965 den essentiellen Zusammenhang zwischen entzündlichen parodontalen Erkrankungen und bakteriellen Einflüssen herzustellen (Loe 1965). Quantitativ unterschiedlich verteilte Bakterienspezies bei parodontal Erkrankten ließen verschiedene Formen mit eigener Ätiologie und Wirtsabwehr vermuten (Haffajee 1988).

Jedoch ist es im Gegensatz zur Karies bei der Parodontitis bis heute nicht möglich, einen speziellen Keim als bakteriellen Auslöser zu isolieren. Vielmehr rufen bei den unterschiedlichen Formen von Parodontitiden eine Reihe von gramnegativen Leitkeimen in Kombination das Krankheitsbild hervor. Dazu gehören vor allem Actinobacillus actinomycetemcomitans, Prevotella intermedia, Porphyromonas gingivalis, Tannerella forsythensis, Tannerella denticula und Spirochäten (Dahle et al. 1993, Wolff 1994, Lang 2003, Rateitschak et al. 2004). Die ´American Academy of Periodontology´ (= AAP) hat in Zusammenarbeit mit der ´European Federation of Periodontology´ (= EFP) eine neue Einteilung der verschiedenen Parodontopathien herausgegeben (Armitage 1999). So unterscheiden sich die dort aufgeführten Chronische Parodontitis (= CP) von der Aggressiven Parodontitis (= AP) nicht nur auf Grund ihres klinischen Erscheinungsbildes, sondern auch signifikant durch ihre differierende subgingivale Flora (Moore & Moore 1994). Für die Lokale Aggressive Parodontitis (= LAP) ist mittlerweile ein sogenanntes Schlüsselbakterium in Form von Actinoacillus actinomycetemcomitans (= A.a.) definiert worden (Zambo et al. 1983; van Winkelhoff et al. 1994).

▼ 6 




Tabelle 1: Leitkeime einiger Parodontopathien (Taichman 1982, Asikainen 1986, Wolff 1994, Mullally et al. 2000, Rateitschak et al. 2004)

Parodontopathien

Leitkeime neben der Mischflora

Chronische Parodontitis
(= CP, Typ II, chronisch langsam verlaufende PA beim Erwachsenen;
ehemals ´Adult Periodontitis´ (= AP))

in aktiven Taschen häufig gramnegative Spezies: Actinobacillus actinomycetemcomitans, Porphyromonas gingivalis, Prevotella intermedia, Fusobacterium nucleatum;
grampositive Kokken und Stäbchen

Aggressive Parodontitis
(= AP, Typ III, schnell verlaufende PA;
ehemals ´Early Onset Periodontitis´ (= EOP) und ´Rapid Progressiv Periodontitis´(= RPP))

gramnegative Anaerobier: Actinobacillus actinomycetemcomitans (Invasion?), Porphyromonas gingivalis, Prevotella intermedia, Tannerella forsythensis, Tannerella denticula, Campylobacter rectus, Fusobacterium nucleatum, Spirochäten;
einige grampositive Spezies


▼ 7 

Nicht nur zwischen den Formen der Parodontitiden, sondern auch innerhalb eines Mundraumes dominieren milieuabhängig unterschiedliche Mikroorganismen. Im Vergleich zur offenen Mundhöhle sind im Sulcus gingivalis vermehrt Anaerobier und gramnegative Erreger lokalisiert (Dzink 1985). In aktiven Parodontaltaschen besteht die subgingivale Plaque zu einem höheren Anteil aus Leitkeimen der Parodontopathien (Wolff 1994) als in weniger aktiven (Lang 2003). Dort treten zum Beispiel Streptococcus sanguis (= S.sanguis), Streptococcus mitis (= S.mitis) und Actinomyces-Spezies vermehrt in Erscheinung, so dass ihnen eine protektive Wirkung zugeschrieben wird (Dzink 1988). Mit verschiedensten Analysemethoden werden Untergruppen oder variierende Genotypen der mikrobiellen Plaquespezies identifiziert, wodurch sich entsprechend deren Pathogenität und Wirkung verändert (Neiders 1989).

Die meisten Parodontopathien verlaufen in Schüben, welche sich aus der Interaktion zwischen Mikroflora und Wirtsabwehr ergeben. Auf die Anlagerung der Bakterien an die Schleimhautoberfläche und die Invasion reagiert das lokale Gewebe mit immunologischen Abwehrreaktionen, wobei bei Parodontitiden B-Lymphozyten, hingegen bei Gingivitiden
T-Lymphozyten dominieren (Manhart 1994). Eine Reduktion der Mikroflora sowie eine nachteilige Schädigung des infiltrierten Gewebes ist die Folge (Socransky et al. 1988).

3.2.3. Plaque

Die Bildung der Plaque als Initiator von Karies oder auch Parodontitis vollzieht sich in vier Phasen, welche nachfolgend erläutert werden (Renggli et al. 1984, Theilade 1989, Schluger et al. 1990).

▼ 8 

Als Vermittler der Plaqueentwicklung (= 1.Phase) dient ein dünner, zellfreier, organischer, sich auf alle Zahnflächen wie auch auf künstliche Materialien auflagernder Film: ´acquired pellicle´ oder ´Pellicle´ (Meckel 1965). Die Art der Bakterien, welche an das ´Pellicle´ adhärieren, wechselt im Verlauf des Plaquewachstums. Studien haben gezeigt, dass zunächst, ca. zwei bis vier Stunden nach der Zahnreinigung, grampositive Mikroorganismen zur Anhaftung an das ´Pellicle´ gelangen (= 2.Phase). Zwischen dem dritten bis siebten Tag hingegen dominieren gramnegative in der Plaqueflora (= 3.Phase) (Gibbons & van Houte 1975, Socransky et al.1977, Theilade et al. 1982). Circa ab der zweiten Woche zeigt die Plaque dann eine komplexe Struktur (= 4.Phase). Die Bakterien in der Plaque funktionieren als eine koordinierte, räumlich organisierte und metabolisch abgestimmte mikrobielle Gemeinschaft (Marsh 2004).

3.2.3.1. ´Pellicle´

Die Oberfläche der Zähne ist im wässrigen Milieu überwiegend negativ geladen. Kommt nun eine gereinigte Zahnoberfläche mit Speichel in Kontakt, erfolgt binnen kürzester Zeit eine Anlagerung von Ionen. Diese als ´hydration layer´ oder ´Stern-layer´ bezeichnete Schicht wurde von Arends et al. 1977 in ihrer Zusammensetzung bestimmt: sie enthält zu ca. 90% Calciumionen und zu ca. 10% Phosphationen (Arends et al. 1977). Über die positiv geladenen CA2+-Ionen lagern sich eine Reihe organischer Komponenten aus dem Speichel, überwiegend Glykoproteine (Mayhall 1970, Sönju et al. 1974, Sönju & Glantz 1975, Li et al. 2004), an. Somit erfolgt die ´Pellicle´-Bildung (Bernardi & Kawasaki 1968, Bennick et al. 1981). In die Reifung des ´Pellicle´ greifen noch andere Bindungsmechanismen wie kovalente Bindungen, Ionenbindungen, Ion-Dipol-Interaktionen, Dipol-Dipol-Wechselwirkungen, van der Waal`s Kräfte, Wasserstoffbrückenbindungen und hydrophobe Wechselwirkungen mit ein (Pruit 1977). Es sind auch neben Speichelbestandteilen, Anteile des Sulkusfluids oder Stoffe bakterieller Herkunft zu finden (Rölla et al. 1982). Im einzelnen besteht das ´Pellicle´ aus Proteinen (Albumin, Lysozym), Lipiden (Slomiany et al. 1986), Glykoproteinen (Laktoferrin, IgA, Amylase und Speichelmuzinen) (Levine et al. 1985) und Enzymen (Laktoperoxidase, Lysozym und Glykosyltransferase), die auch nach der Anhaftung noch Aktivität zeigen (Örstavik & Krauss 1974, Pruitt & Adamson 1977, Scheie et al. 1987). Hinzu kommen Proteinfragmente, die aus proteolytischer Aktivität des Speichels resultieren (Jensen et al. 1992). Zur Ermittlung kleinster Bestandteile des ´Pellicle´ bedient man sich heute immunologischer Antworten bei Kontakt mit dem Serum (Li et al. 2004). Über die Dicke des ´Pellicle´ variieren die Angaben von wenigen Nanometern bis hin zu mehreren Mikrometern (Sönju et al. 1974, Hannig 1994). Das Aufgabengebiet des ´Pellicle´ ist vielseitig. So bewirken die enthaltenen Muzine und Lipide aus dem Speichel z.B. eine Herabsetzung der Demineralisation der Zahnhartsubstanz, in dem sie als selektive Ionenbarriere fungieren (Slomiany et al. 1986, van Nieuw Amerongen et al. 1987). Das ´Pellicle´ stellt in seiner Gesamtheit eine Art Gleitfilm dar, so dass die Zähne bei Artikulationsbewegungen, Kaubewegungen etc. in einem gewissen Maß aneinander vorbeigleiten können (Nikiforuk 1985). Andererseits bildet es die Basis für die selektive Anlagerung einer Reihe von Mikroorganismen, die die Plaquebildung bewirken (Liljemark & Schauer 1975, Clark et al. 1978, Appelbaum et al. 1979, Gibbons & Qureshi 1979, Gibbons & Etherden 1983, Levine et al. 1985, Liljemark et al. 1986, Gibbons & Hay 1989, Gibbons et al. 1991, Olsson et al. 1991, Steinberg et al. 1993). Zum Beispiel erleichtern speziell Muzine die Adhärenz der Bakterien (Pruitt 1977).

3.2.3.2. Plaquebildung

Zu etwa 90% werden die ersten Kolonien von Streptokokken, insbesondere von S.mitis, S.sanguis, S.salivarius und etwas später S.mutans, sowie einigen Stäbchen, meist Actinomyces-Spezies, gebildet (Theilade et al. 1982). Greift der Mensch nicht in Form von Zahnpflege in das orale System ein, so verschiebt sich bereits innerhalb der ersten zwei Tage das bakterielle Verhältnis hin zu einem größeren Anteil gramnegativer Kokken; im wesentlichen Veillonella parvula und Veillonella alcalescens. Vermehrt treten auch grampositive und gramnegative Stäbchen auf. Die Menge grampositiver Kokken macht nur noch 50% der Mikroflora aus (Theilade et al. 1982). Langsam beginnen die Bakterien eine Matrix aus extrazellulären Polysacchariden (= EPS) aufzubauen, welche aus Glukanen und Fruktanen bestehen. Sie werden durch bakterielle Fruktosyl- und Glukosyltransferase aus Saccharose synthetisiert. Im Fall der Fruktane bilden sie ein Reservesubstrat, im Fall der Glukane mit einer α-1,3-glykosidischen Verknüpfung eine unlösliche Matrix (König 2000). Natürlich ergeben sich aus dem Abbau niedermolekularer Kohlenhydrate auch große Mengen organischer Säuren, wie vor allem Laktat, welche das azide Milieu verursachen. Auf dem ´Pellicle´ haften des Weiteren polymorphkernige Leukozyten und desquamierte Epithelzellen. Diese Epithelzellen transportieren auf ihrer Oberfläche gleichzeitig adhärente Mikroorganismen zur Zahnoberfläche (Theilade et al. 1982). Der weitere Plaqueaufbau erfolgt in mehreren Stadien. Am dritten und vierten Tag dominieren die Fusobakterien und Filamente (Listgarten 1976). Vom fünften bis neunten Tag lagern sich Spirillen und Spirochäten mit ein. In der etablierten Plaque erkennt man deutlich mit Hilfe eines Elektronenmikroskops eine Schicht polymorpher Mikroorganismen, welche der Zahnoberfläche aufliegen. Auf darüber angeordneten Kokken ist eine Schicht senkrecht zur Zahnoberfläche, meist palisadenartig stehender Stäbchen lokalisiert. Zwischen den einzelnen Mikroorganismen befindet sich die Matrix aus EPS. Sie führt zur Verklebung und Verfilzung der Bakterien und nimmt einen großen Anteil der Gesamtmasse ein (Nyvad & Fejerskov 1986). Zu diesem Zeitpunkt ist die Plaque nur noch mechanisch, im Rahmen einer Zahnreinigung entfernbar. D.h. die bakterielle Adhärenz ist von einer anfänglich reversiblen, lockeren Bindung in eine irreversible, konsolidierende übergegangen (Gibbons & van Houte 1975).

▼ 9 

Unspezifische und spezifische Mechanismen zwischen den Bakterien und der Zahn-, ´Pellicle-´ bzw. Plaqueoberfläche bedingen die Bindung der Mikroorganismen an die entsprechende Oberfläche. Unspezifische Mechanismen beruhen auf der zufälligen örtlichen Annäherung der negativ geladenen Bakterien an die negativ geladene Zahnoberfläche und demzufolge deren Abstoßung. Durch kurzfristige unsymmetrische Ladungsverteilungen entstehen anziehende Kräfte - die so genannten van der Waals-Kräfte -, welche ab einem Abstand von 50 nm des Bakteriums zur entsprechenden Oberfläche in Aktion treten. Hinzu kommen bei einer weiteren Annäherung elektrostatische Wechselwirkungen (Quirynen & Bollen 1995), sowie hydrophobe und sterische Wechselwirkungen bei weniger als 2 nm Distanz (Absolom et al. 1983). Das Ausmaß des Abstandes zwischen Mikroorganismus und Oberfläche hängt vom pH-Wert und der Kationenkonzentration ab. Sinkt der pH-Wert oder steigt die Konzentration der Kationen vermindert sich entsprechend der Abstand. Trotz allem reichen diese unspezifischen Wechselwirkungen nicht aus, eine dauerhafte Anhaftung zu bewirken (Doyle et al. 1982, Staat & Peyton 1984, Gibbons et al. 1985, Busscher & Weerkamp 1987, Gibbons 1989). Die Bakterien selbst gewährleisten mit ihrer äußersten Schicht, der Glykokalyx, und arteigenen oberflächlichen, aus Proteinen bestehenden Fortsätzen, den Fimbrien, letztendlich die Adhäsion (Buddecke 1981, Carlsson 1989). Stärker anziehende Kräfte kommen zwischen der Zahnoberfläche und den Fimbrien zur Ausbildung: Wasserstoffbrückenbindungen, Ionen-Dipol-Bindungen und polarisierte Atombindungen. Darüber hinaus sind Proteinstrukturen, sogenannte Adhäsine, auf den Fimbrien lokalisiert (Ellen 1985, Ofek et al. 1985), welche über hochspezifische Mechanismen an spezifische auf der Zahnoberfläche vorzufindende Rezeptoren binden (Gibbons 1980, Gibbons et al. 1986). Im Fall des S.mutans, wie auch bei einigen anderen Plaque-Bakterien, gelang die Lokalisation und Bestimmung dieser
Adhäsine (Kelly et al. 1990, Abeygunawardana et al. 1991). Ein fibrilläres Protein AgI/II mit
185 kDA Molekulargewicht, welches auch als Protein SAI/II (englischer Sprachgebrauch),
B (Russel 1979), P1 (Forester et al. 1983), Pac (Okahashi et al. 1989), MSL-1 (Demuth et al. 1990a) oder SR (Ackermans et al. 1985) tituliert wird, bedingt die Bindung von S.mutans an die Zahnoberfläche mit (Younson & Kelly 2004). AgI/II bindet an spezifische Speichelproteinrezeptoren, die im ´Pellicle´ oder oberflächlich auf adhärenten Mikroorganismen fixiert sind (Hajishengallis & Michalek 1999). So zeigte KOGA zum einen, dass AgI/II-defekte Mutanten von S.mutans nur noch in geringem Ausmaße in der Lage sind, an ein experimentell erzeugtes ´Pellicle´ zu adhärieren (Koga et al. 1990), und zum anderen, dass sich eine S.mutans-Adhäsion durch freies AgI/II kompetitiv hemmen lässt.

Allgemein gelingt mit Hilfe dieser Adhäsine eine Überbrückung des durchschnittlichen Abstandes von ca. 10 nm zwischen Zahn und Mikroorganismus in der Phase der reversiblen Anlagerung (Gibbons 1984, van Loosdrecht 1989) und der Übergang zur irreversiblen Adhäsion. Mehrfach durchgeführte Versuche belegten die Aktion dieser speziellen Bindungsmechanismen, da eine kompetitive Blockierung der bakteriellen Adhäsion möglich ist (Clark et al. 1978, Applebaum et al. 1979, Gibbons & Hay 1989, Kishimoto et al. 1991, Hajishengallis et al. 1994). Weitere Studien hoben noch einmal die Spezifität und Selektivität dieser Adhärenzmechanismen hervor. So ergab sich, dass S.salivarius mit ca. 45% aller Streptokokken im Speichel dominiert, hingegen er nur 3,4% der Streptokokken auf der Zahnoberfläche bildet. S.sanguis stellt im Gegensatz einen Anteil von 16,5% im Speichel und 55,6% auf der Zahnoberfläche (van Houte et al. 1970). Außerdem ist aufgefallen, dass verschiedene Bestandteile des Speichels, wie prolinreiche Proteine (= PRP) (Bennick 1987, Gibbons & Hay 1989), ´saliva-agglutinin´ (= SAG) (Lee et al. 1989) und Proteine aus der Muzin-Fraktion submandibulären-sublingualen Speichels (Kishimoto et al. 1989), die Vermittlung der Bindung zwischen den Adhäsinen und den Rezeptoren übernehmen. Allerdings adhärieren einige Bakterien an z.B. PRPs nur, wenn eine Konformationsänderung derer durch eine Adsorption ihrerseits an Hydroxylapatit stattgefunden hat (Gibbons 1989). Neben der Bindung über Wechselwirkungen zwischen Proteinen (Ellen 1985, Gibbons 1989) kann es über Lektinbindungen an Glykanstrukturen adsorbierter Speichelbestandteile zur Adhäsion von Mikroorganismen kommen (Kondo et al. 1976, Gibbons & Qureshi 1979, Mirth et al. 1979, Mirth et al. 1981). Auch die Bindung von z.B. S.mutans an Actinobacillus (= A.) viscosus und S.sanguis, die mit als erste die Zahnoberfläche besiedeln, gestaltet sich mit Hilfe von Speichelglykoproteinen (Lamont & Rosan 1990, Lamont et al. 1991). Diese interbakterielle Bindung wurde in jüngster Zeit intensiv untersucht. WEISS et al. konnten zeigen, dass ein ´high-molecular-weight nondialysable material´(= NDM), welches aus Preisselbeersaft sowie auch aus Heidelbeersaft gewonnen wurde, die interbakterielle Koaggregation reduzieren kann, und es somit gelingt, den S.mutans-Anteil im Speichel zu reduzieren (Weiss et al. 2002 + 2004). Des Weiteren beeinflusst NDM über die Inhibition von Glykosyl- und Fructosyltransferasen die Bakterien bei dem Aufbau der Matix aus extrazellulären Polysacchariden und somit die Plaquebildung (Steinberg et al. 2004).

3.3. Bakterielle Bindungsmechanismen

Für entzündungsinduzierende Mikroorganismen bestehen unterschiedliche Möglichkeiten der Adhäsion. Die allgemeine Adhäsionsfähigkeit eines Bakteriums deutet auf einen wichtigen Virulenzfaktor in Bezug auf Karies und Parodontitis hin (Gibbons et al. 1975, Ofek etal. 2003). So ist die Adhäsion eine der initialen Stufen des infektiösen Prozesses (Ofek et al. 2003). Mit der Annahme, dass das Adhäsin mehrere Bindungsdomänen besitzt, kommen wahrscheinlich gleichzeitig verschiedene Bindungsarten zum Einsatz. Neben der beispielsweise möglichen Adhäsin-Rezeptor-Bindung mittels Wechselwirkungen zwischen Proteinen (Ellen 1985, Gibbons 1989) können Bakterien über Lektine, spezielle Adhäsionsproteine, an Glykanstrukturen adhärieren (Kondo et al. 1976, Gibbons & Qureshi 1979, Mirth et al. 1979, Mirth et al. 1981, Ofek 1990). Auch die interbakterielle Bindung von z.B. S.mutans an A.viscosus und S.sanguis, die mit als erste die Zahnoberfläche oder Mundschleimhautareale besiedeln, gestaltet sich mit Hilfe von adsorbierten Speichelglykoproteinen (Lamont & Rosan 1990, Lamont et al. 1991).

3.3.1. Lektine

▼ 10 

Definitionsgemäß sind Lektine kohlenhydratbindende Proteine oder Glykoproteine nicht-immunologischer Herkunft. Sie besitzen mindestens zwei Bindungsstellen und können die Zellen agglutinieren und/ oder Glykokonjugate präzipitieren (Kocourek & Herejisi 1981, Nomenclature Commitee of IUB 1981). Die Bezeichnung wurde 1954 von Boyd und Shapleigh geprägt (Uhlenbruck 1984). Als Bestandteil von Fimbrien und Pili befinden sich Lektine häufig auf Bakterienoberflächen (Ellen & Sivendra 1985, Sharon 1987). Viele von ihnen wirken als Mitogen. Sie treten bei Viren, Bakteriophagen, anderen Mikroorganismen, Pflanzen, Avertebraten sowie Vertebraten auf und liegen als Membranbestandteile oder auch in gelöster Form vor (Lis & Sharon 1986, Chrispeels & Raikhel 1991, Kishore et al. 1997). Beim Menschen sind Lektine z.B. als Zellbestandteil auf Hepatocyten lokalisiert, wo sie teilweise desialylierte Erythrozyten erkennen und diese aus dem zirkulierenden Blut entfernen (Ashwell 1974). In den letzten zwei Jahrzehnten sind mehr als 100 Lektine in ihren Strukturen nachgewiesen worden (Sharon & Lis 2004). In biowissenschaftlichen Untersuchungen werden sie zur Affinitäts-chromatographie, Charakterisierung und Separation von Zellen, in der Histologie oder bei der Ermittlung der Aktivierbarkeit von immunkompetenten Zellen eingesetzt (Judd 1980; Raedler & Raedler 1985, Franz 1992, Sharon & Lis 2004). Den Bakterien dienen sie in Form von Oberflächenglykoproteinen zur Adhäsion an Schleimhautoberflächen und werden daher häufig als Adhäsine oder Agglutinine bezeichnet (Ofek & Sharon 1990). Auf Grund der sich ergebenden Induktion von Infektionen gewinnen Lektine immer mehr als Pathogenitätsmarker an Bedeutung (Franz 1992). Sie binden mit hoher Affinität an Zucker, reine Oligosaccharide, auch Glykane genannt, sowie an die in Glykoproteinen, Polysacchariden oder Glykolipiden integrierten Oligosaccharide (Uhlenbruck et al. 1983). Die Spezifität der Lektine ergibt sich aus ihrer chemischen Struktur (Sharon & Lis 2004). Nach erfolgter Bindung zeigen Lektine gegenüber den Kohlenhydraten keine enzymatische Aktivität (Kocourek & Herejisi 1981). Die Spezifität der unterschiedlichen Bakterien zu Glykanstrukturen kann erheblich voneinander abweichen. Sogar Subspezies besitzen im internen Vergleich starke Differenzen in Bezug auf ihre Rezeptorspezifität, wie es durch eine Studie mit Escherichia coli bewiesen wurde (Lund et al. 1988). Dies ist unter anderem durch die hohe Variabilität der Glykanstrukturen zu erklären.

3.3.1.1. Lektinbindungen

Die bakterielle Anhaftung an Zahnoberflächen kann über Lektine erfolgen, welche mit Glykanstrukturen adsorbierter Speichelproteine eine Bindung eingehen (Kondo et al. 1976, Gibbons & Quershi 1979, Mirth et al. 1979, Mirth et al. 1981). Eine große Anzahl verschiedenster Kohlenhydratmoleküle, wie Glukosamine, Galaktose, Mannose, N-Acetyl-Galaktosamin und Sialinsäure, dienen als Bausteine der Lektinrezeptoren. Ihre Art der glykosidischen Verknüpfung bedingt eine zusätzliche Bedeutung und Veränderlichkeit. Zum Beispiel bindet ´VVA´ (= Vicia villosa Agglutinin) als Lektin der Zottigen Wicke (= Vicia villosa) spezifisch an N-Acetyl-Galaktosamin, welches mit Serin und Threonin verknüpft ist (Wu 1988). Die Abbildung 2 verdeutlicht eine mögliche Kolonisation einer dentalen Oberfläche durch S.mutans.

Abbildung 2: links: Adhäsion von Glykanen direkt oder über eine Glykosyltransfease-Kopplung an die Zahnoberfläche ### S.mutans bindet spezifisch über Glykan-bindende Proteine, die so genannten Lektine;
rechts: direkte, initiale Adhäsion von S.mutans an ´Pellicle´-Proteine aufgrund von Oberflächenadhäsinen, z.B. SAI/II = AgI/II, ### Akkumulation von S.mutans durch Speichelkomponenten oder wie hier beispielsweise angezeigt durch Lektine, Glykane und Glykosyltransferasen; ### die Entstehung eines pathogenen Biofilms nimmt ihren Lauf (umgezeichneter Ausschnitt aus Hajishengallis & Michalek 1999).

▼ 11 


In Bezug auf Lektinbindungen, die Bedeutung im Mundraum haben, wurden bereits einige Untersuchungen durchgeführt. So ergab sich z.B. bei Gibbons & Qureshi, dass die Adhärenz von S.mutans (Serotypen a, b, c, e, g) an S-HA (= ´saliva coated hydroxyapatit´) durch 0,1 M Galaktose und Melibiose (6 α-D-Galaktosyl-D-Glukose), nicht jedoch durch Laktose gehemmt wird. Somit ist der Beweis für die Existenz eines S.mutans-Lektins erbracht, welches mit Spezifität für α-Galaktoside an Speichelproteine des ´Pellicle´ bindet (Gibbons & Qureshi 1979). Levine belegte Ähnliches: Muzine sind nach einer Vorbehandlung mit α-Galaktosidase in ihrer Fähigkeit, zur Agglutination von S.mutans beizutragen, gehemmt (Levine et al. 1978). Damit lassen sich auch Beobachtungen von Fan vereinbaren, der eine signifikant verminderte Bindung von S.mutans an S-HA durch enzymatische Abspaltung von Sialinsäure aus dem künstlichen ´Pellicle´ feststellte. Er schließt daraus auf eine Existenz eines für Sialinsäure spezifischen Adhäsivs auf der Zelloberfläche von S.mutans (Fan 1993). Ligtenberg konnte zeigen, dass durch Speichel von Probanden der Blutgruppe B eine Agglutination von S.mutans herbeigeführt werden konnte, nicht jedoch durch den der Blutgruppe A (Ligtenberg et al. 1990b). Die Blutgruppenantigene des ABO-Systems, die auch im Speichel enthalten sind, bilden wohl die bekanntesten Lektin-inhibitorischen Glykanstrukturen (Prakobphol et al. 1993).

Mehrere Autoren beschäftigten sich mit dem Nachweis für ein Oberflächenprotein
des S.sanguis als früher Kolonialisierer im Rahmen der Plaquebildung. Dieses
bindet an Neuraminsäurereste der Kohlenhydratseitenketten von Speichelmuzinen (McBride & Gisslow 1977, Murray et al. 1982, Stinson et al. 1982, Murray et al. 1984, Demuth et al. 1990b, Neeser et al. 1995). Nachdem mit Hilfe einer Neuraminidase Sialinsäure aus den Muzinen entfernt worden war, ergab sich bei Untersuchungen mit S.mutans und S.sanguis ein Aggregationsverlust für S.sanguis, nicht jedoch für S.mutans (Levine et al. 1978). Damit in Einklang steht auch das Ergebnis von Gibbons & Etherden, welche durch Vorbehandlung des ´Pellicle´ mit Neuraminidase die Adhäsion von S.sanguis reduzieren konnten (Gibbons & Etherden 1982). Aufschluss über die Anlagerung von S.mutans an bereits in der Plaque integrierte Erstbesiedler-Bakterien, worunter z.B. Actinomyces viscosus und S.sanguis zu verstehen sind, gaben Untersuchungen von Lamont. Demzufolge vermitteln Speichelglykoproteine, wie das 400 kDA schwere ´saliva-agglutinin´, die Adhäsion von Mutans-Streptokokken an diese Erstbesiedler-Bakterien (Lamont & Rosan 1990, Lamont et al. 1991).

3.4. Abwehrmechanismen der Mundhöhle

Der menschliche Organismus ist eigenständig in der Lage, sich bis zu einem gewissen Grad gegen eindringende oder in erhöhter Menge auftretende Mikroorganismen zu schützen. Bei der Verminderung bzw. Vermeidung von kariösen Läsionen und parodontalen Entzündungen spielt neben dem Sulkusfluid und der Abschilferung von Schleimhautepithelien die reflektorische

Variabilität der Produktion von Speichel in den Speicheldrüsen eine zentrale Rolle. Den Drüsen ist es bei Stimulation einzelner Nervenfasern möglich, sowohl die Speichelmenge als auch die Speichelzusammensetzung zu verändern (Garrett et al. 1991).

3.4.1. Sulkusfluid

▼ 12 

Subepitheliale Gefäße sondern ein osmotisch bedingtes Transsudat in den dentalen Sulkus ab. Dieses Sulkusfluid verändert sich bei Entzündungen und Ausbildung von gingivalen bzw. parodontalen Taschen in seiner Zusammensetzung sowie in seiner Sekretionsgeschwindigkeit und dient der Schutz- und Abwehrreaktion des Körpers (König 2000). Neben dem Serum und den entsprechenden Mikroorganismen mit ihren Stoffwechselprodukten enthält es zelluläre Bestandteile, wie Makrophagen, Lymphozyten und mit über 90% Zellanteil dominierende Granulozyten (Cimasoni & Giannopoulos 1988). Hinzu kommen nicht-zelluläre Anteile. So sind auch Glykoproteine als Enzyme neben den spezifischen Antikörper IgG, IgM, IgA (Roitt et al. 1985), Cytokinen und Elektrolyten im Sulkusfluid zu finden.

3.4.2. Speicheldrüsen

Der die Mundschleimhaut umspülende Speichel stammt aus den verschiedenen exokrinen Drüsen, welche embryologisch alle ektodermaler Herkunft sind. Neben den kleinen Speicheldrüsen, Glandulae labiales, buccales, palatinae und linguales, münden auch die Ausführungsgänge der paarig angeordneten großen Drüsen, Glandula parotidea, submandibularis und sublingualis, in den Mundraum (Silbernagel & Dispopoulus 2003). Vom Aufbau ähneln sich die großen Speicheldrüsen. Sie sind unterteilt in ein bindegewebig eingebettetes und von einer Basalmembran umgebenes sezernierendes Endstück, den Azinus, sowie ein verzweigtes Ausführungsgangsystem, die Tubuli. Die strukturelle Untereinheit bilden die Drüsenläppchen, welche sich aus pyramidalen Drüsenzellen zusammensetzen (Ten Cate 1989). Ihre sekretorischen Granula werden aufgrund der differenzierten histochemischen Anfärbbarkeit mit Hämatoxylin-Eosin als serös bzw. mukös bezeichnet. Sie erscheinen elektronenmikroskopisch zum einen elektronendicht, zum anderen blass und strukturlos (Phillips et al. 1993) und bewirken eine geringe oder hohe Viskosität des Speichels. Der in den Drüsenzellen produzierte Mukus gelangt aus dem Lumen der Drüsenendstücke über Schaltstücke in intralobuläre Sekretrohre oder Streifenstücke. Von dort wird er weiter in interlobuläre Ausführungsgänge transportiert. Drüsenendstücke und Schaltstücke sind von einem myoepithelialen kontraktilen Netzwerk umgeben, so dass es zu einer aktiven Exkretion des Mukus kommen kann (Seifert et al. 1984, Pinkstaff 1993).

Abbildung 3: Übersicht der histologischen Struktur einer Speicheldrüse - umgezeichnet nach WM Edgar & DM O`Mullane, 1996, ´Saliva and Oral Health´ -

▼ 13 

Die Innervation der Speicheldrüsen erfolgt autonom. Die parasympathischen Fasern stammen für die Glandula parotidea aus dem Nucleus salivatorius inferior und ziehen mit dem Nervus glossopharyngeus über das Ganglion petrosum, den Nervus tympanicus, den Nervus petrosus minor zum Ganglion oticum; für die Glandulae submandibulares und sublinguales aus
dem Nucleus salivatorius superior und schließen sich der Chorda tympani sowie dem
Nervus lingualis zum Ganglion submandibulare an. Sympathisch wird die Glandula
parotidea aus dem Ganglion cervicale superior, die Glandulae submandibulares und
sublinguales aus dem Plexus der Arteria facialis bzw. lingualis versorgt (Eneroth et al. 1969, Silbernagel & Dispopoulus 2003). Die Sekretion wird hauptsächlich durch parasympathische Impulse kontrolliert, wobei auch sympathische Fasern in der Lage sind, den Speichelfluss zu erhöhen. Über freigesetzte Neurotransmitter, wie Noradrenalin, Acetylcholin, aber auch Neuropeptide, wie VIP (= ´vasoactive intestinal peptide´), NPY (= ´neuropeptide tyrosine´), CGRP (= ´calcitonin gene related peptide´) und SP (= ´substance P´) des parasympathischen und sympathischen Nervensystems erfolgt mittels einer Bindung an Drüsenzellrezeptoren die Aktivierung der Protein- und Flüssigkeitssekretion in die Speicheldrüsengänge (Hauser et al. 1992). Diese Rezeptoren sind spezifisch für Acetylcholin, die einzelnen Neuropeptide und Noradrenalin, wobei an Drüsenzellen der Glandula parotidea sowohl α–adrenerge als auch β–adrenerge Rezeptoren nachgewiesen werden konnten. Speichelkonsistenz und Sekretionsgeschwindigkeit sind somit durch die Reizung einzelner Nervenfasern beeinflussbar (Garrett & Anderson 1991). Die Zusammensetzung des Speichels unterliegt der Kontrolle der sympathischen Impulse, indem diese eine Zunahme der Exozytose an bestimmten Zellen des Drüsenapparates bewirken (Whelton 1996). Eine reflektorische Speichelsekretion ergibt sich bei Berührung der Zunge, bei Erregung der Geschmacksfasern, durch Riechstoffe und durch zentrale Regulationen auf Grund psychogener Einflüsse (Schiebler et al. 1997).

3.4.3. Speichel

Für die Limitierung der mikroorganischen Besiedlung der Mundhöhle ist ein komplexer Schutz notwendig. Neben äußeren Einflüssen wie Nahrungsaufnahme, Zahnpflege und habitueller Mundatmung beeinflusst der Speichel als endogener Aspekt orale Bakterienpopulationen ganz entscheidend. Er deckt einen vielschichtigen Aufgabenbereich ab (Malamud et al. 1993) und ist essentiell für den lebenslangen Schutz der Zähne (van Nieuw Amerongen et al. 2004). Eine frequente Speichelflussmenge eliminiert den größten bakteriellen Anteil beim Schluckvorgang mit den Nahrungsbestandteilen aus der Mundhöhle (Melvin 1991, Kayser et al. 2001). Sie bewirkt außerdem anfänglich das Maß der Adhäsion und der Ablösung der noch
recht locker an der Zahnoberfläche haftenden Bakterien (Tenovuo et al. 1994). Unter
Ruhebedingungen produzieren die Speicheldrüsen insgesamt 0,25 - 0,5 ml/min Speichel (Dawes 1985, Osterberg et al. 1992), wobei anteilsmäßig auf die Glandula parotidea ~28%, auf die Glandulae submandibulares /-linguales ~68% und auf die kleinen mukösen Schleimhautdrüsen ~4% entfallen (Sreebny 1996). Unterschiedlichste Faktoren, wie mechanische, gustatorische und olfaktorische Reize, können den Speichelfluss stimulieren. So nehmen auch die bloße Nahrungsaufnahme inklusive Schluckreflex, das Alter und das Geschlecht des Patienten, der Nikotinkonsum, ein gegebener Brechreiz, sowie die Größe
der Speicheldrüse einen mehr oder weniger entscheidenden Einfluss (Dawes 1987, Bourdiol et al. 2004). Nach der Stimulation sondern die Drüsen 1 – 3 ml/min bzw.
maximal 10 ml/min Speichel ab (Johansson et al. 1986, Ericson & Mäkinen 1986, Birkhed & Heintze 1989, Atkinson et al. 1992). Hingegen ruft die krankhafte Hypofunktion der Speicheldrüsen mit verringerter Speichelflussrate, die z.B. im höheren Alter oder auch nach einer Bestrahlungstherapie auftreten kann (Someya et al. 2003), das klinische Bild einer Xerostomie hervor. 0,1 ml/min Speichel oder weniger belegen nach subjektiver Mundtrockenheit das Erkrankungsbild eindeutig (Narhi 1994). Es ist erwiesen, dass sich Karies und Parodontopathien bei Xerostomie eher und extremer manifestieren (Navazesh et al. 1992). Die orale Besiedelung durch S.mutans und Candida albicans schreitet rascher voran (Bowen et al. 1988, Ooshima et al. 1990, Jorge et al. 1993).

Neben der Speichelmenge ist auch die Zusammensetzung des Speichels von entscheidender Bedeutung. So wird zum Beispiel der Abwehrmechanismus zur Vermeidung der Penetration der Pathogene durch die Mundschleimhaut unter anderem durch die Zusammensetzung des Speichelsekrets beeinflusst (Jenkins 1978, Mandel 1987).

▼ 14 

Speichel besteht zu 99,3% aus Wasser, zu 0,5% aus organischen Anteilen und zu 0,2% aus anorganischem Calcium, Natrium, Kalium, Phosphat, Chlorid, Karbonat, Thiozyanid und Fluorid (Lautenbach 1992). Knapp die Hälfte der organischen Anteile bildet das Muzin, ein muköses Glykoprotein, welches mit überwiegend O-glykosidischen Bindungen und hohem Molekulargewicht den viskösen Charakter ausmacht. Insgesamt enthält das Drüsensekret 25 bis 35 unterschiedliche Proteine mit 150 – 264 mg/100 ml Speichel. Den Hauptteil stellen prolinreiche Proteine (= PRPs) und Amylase (Azen 1989). Beide gehören mit Peroxidase und Anhydrase zu den N-glykosidisch verknüpften Glykoproteinen niedrigeren Molekulargewichts des serösen Typs.

Die Zusammensetzung des Speichels wird durch eine Reihe von Faktoren, unter anderem durch die Aktivität der unterschiedlichen Drüsen, bestimmt. So ist z.B. erwiesen, dass der größte Teil der Amylase in der Glandula parotidea produziert wird, hingegen Blutgruppen-Antigene vermehrt durch die mukösen kleinen Speicheldrüsen in das Sekret freigesetzt werden (Mandel 1989). Zu den Einflussfaktoren sind wie folgt zu zählen (Dawes 1996):

▼ 15 

Funktionell deckt Speichel durch seine komplexen Inhaltsstoffe vielseitige, den Mundraum schützende Aufgabenbereiche ab.

3.4.3.1. Säure-Neutralisation

Frischer Speichel, der leicht acide reagiert, weist einen ph-Wert von ca. 6,7 mit circadianen Schwankungen auf. So sinkt die Säureproduktion während des Essens und steigt danach und vor allem auch des Nachts an (Lautenbach 1992). Auf Grund seiner Glykoprotein-, Bikarbonat- und Phosphatbestandteile reguliert er die Homöostase der Mundhöhle. Die Pufferwirkung ergibt sich vor allem aus den zwei bekannten Systemen mit folgender chemischer Reaktionsgleichung:

Bikarbonat-Puffer

CO2 + H2O ⇔ H2CO3⇔ HCO3 - + H+

Phosphat-Puffer

H2PO4 -⇔ HPO4 2- + H+

▼ 16 

Der Ausgleich oraler pH-Wert-Schwankungen ist wichtig, da z.B. bereits bei einem pH-Wert-Abfall auf 5,7 der Zahnschmelz (Graf 1970) bzw. auf 6,0 - 6,8 das Dentin (Hoppenbrouwers et al. 1987) geschädigt werden.

3.4.3.2. Remineralisation

Der bakteriell bedingten Demineralisation des zu ca. 97% aus Hydroxylapatit (Ca10(PO4)6(OH)2) bestehenden Zahnschmelzes wirken Calcium- und Phosphationen aus dem Speichel entgegen. Unter Mithilfe der Speichelproteine Cystatin, Histatin, Statherin sowie PRPs ist eine Remineralisation des Zahnschmelzes und die Aufrechterhaltung eines Mineralisations-gleichgewichts in der Mundhöhle möglich (Nieuw et al. 1987, Hay et al. 1989). Diese Proteine halten intrapelliculär das Überangebot von Calcium- und Phosphationen aus dem Speichel in Lösung, was eine Grundvoraussetzung für die Remineralisation darstellt (Schlesinger et al. 1989). Bei einer bakteriell induzierten Proteolyse kommt es hingegen zu einer Präzipitation von Calcium und Phosphat, so dass eine Demineralisation der Zahnhartsubstanz auf diese Weise nicht mehr zu verhindern ist (Hay et al. 1984).

3.4.3.3. Fluoride

Fluoride zählen zu den natürlichen Bestandteilen des menschlichen Stoffwechsels und befinden sich mit ihrem Hauptanteil von 99% im Knochen. Sie sind aber auch als Bestandteil des Zahnschmelzes von entscheidender Bedeutung. Neben den bereits während der Entwicklung in die Zahnhartsubstanz integrierten Fluoridionen diffundieren sie stetig in die Zahnoberfläche. Daraus resultiert eine verstärkte Resistenz der Zähne gegenüber den bakteriellen Angriffen, welche durch eine bestimmte Fluoridkonzentrationserhöhung optimiert werden kann (Weatherell et al. 1986). Das De- und Remineralisationsgleichgewicht verschiebt sich in Richtung Remineralisation. Des Weiteren zeigt Fluorid als Flusssäure (= HF) antibakterielle Eigenschaften. Es dringt in dieser chemischen Form in Bakterienzellen ein, dissoziiert dort in H+ und F-, bewirkt eine Ansäuerung und folglich eine unspezifische Hemmung von bakteriellen Enzymen (Hamilton et al. 1988). Der Speichel weist eine Fluoridkonzentration von 0,01 – 0,05 ppm auf (Geddes et al. 1988). Eine erhöhte Konzentration im Mundraum lässt sich lokal durch Zahnpasten und Mundwasser, sowie systemisch mit einer nachfolgenden Speichelfluoridkonzentrationssteigerung durch fluoridiertes Speisesalz, Fluoridtabletten und Trinkwasserfluoridierung hervorrufen (Marthaler 1988).

3.4.3.4. unspezifische antibakterielle Schutzfaktoren

▼ 17 

Einige Glykane wirken nicht spezifisch im Sinne einer Antigen-Antikörper-Reaktion, sondern weisen als Enzyme eine gewisse unspezifische antibakterielle Wirkung auf.

Unter anderem gehören zu diesem Schutzfaktorenkomplex:

3.4.3.5. spezifisches sekretorisches Immunsystem

▼ 18 

Wie in anderen Körperflüssigkeiten lassen sich auch im Speichel alle Immunglobulinklassen nachweisen. Diese den antigenspezifischen Schutz vermittelnden Antikörpertypen zeigen ein differierendes prozentuales Verhältnis im Vergleich zu Blutserum und Sulkusfluid (Roitt et al. 1983). Das als entzündliches Exsudat aus dem gingivalen Saum austretende Sulkusfluid besteht neben polymorphkernigen und mononukleären Leukozyten - wie auch das Serum - zu einem großen Teil aus IgG (Sugiyama et al. 1992). Das dominierende Immunglobulin im Speichel ist das IgA. IgD und IgE liegen nur in ganz geringer Konzentration vor.

Tabelle 2: Konzentration der Immunglobulinklassen in µg/ml (Roitt & Lehner 1983)

 

IgG

IgM

IgA

Serum

12.500

800

2.200

Speichel

14

2

194

Sulkusfluid

3.500

250

1.100

Nach Kontakt der Schleimhäute mit Pathogenen differenzieren sich über einen T-Lymphozyten-abhängigen Prozess IgA-produzierende Plasmazellen (Mestecky 1987). Im Gegensatz zum Serum-IgA, das aus dem Knochenmark und der Milz stammt, wird Speichel-IgA (= s-IgA) in peripheren Lymphknoten und zirkulierenden Lymphozyten der Schleimhäute gebildet. Die beiden Immunglobuline unterscheiden sich auch strukturell: s-IgA existiert nur in dimerer Form und ist zusätzlich mit einer Glykoproteinkette, der so genannten sekretorischen Komponente, versehen (Klein 1991). Mestecky prägte 1987 den Begriff eines Mukosa-assoziierten Immunsystems (= MALT = ´mucosa associated lymphoid tissue´) oder sekretorischen Immunsystems, welches sich aus s-IgA, Lymphozyten und Plasmazellen zusammensetzt (Mestecky 1987). Im Zusammenspiel ist es in der Lage, die Schleimhautoberfläche vor löslichen Antigenen und der Adhäsion von Mikroorganismen zu schützen (Tomasi & Bienenstock 1968). Hohe Konzentrationen bewirken sogar eine Verminderung der viralen Haftung an Zelloberflächen. Über eine Agglutination des Antikörpers mit dem entsprechenden Antigen wird das Pathogen inaktiviert und folglich durch den Speichelfluss eliminiert (Schiff 1986). Zusätzlich erleichtert IgA durch seine Fc-Rezeptoren die Aufnahme des Antigen-Antikörperkomplexes in die Körperzelle, sowie es auch die Neutralisation von mikrobiellen Enzymen und Toxinen unterstützt (Muster 1995). Wichtig für das Ausmaß des Kariesbefalls ist auch, dass s-IgA das Oberflächenantigen AgI/II von S.mutans spezifisch binden kann und somit dessen Adhäsion an S-HA verhindert wird (Hajishengallis et al. 1992). Eine Steigerung der sekretorischen Antikörperproduktion gegen S.mutans durch Einwirkung von Antigenen beim Menschen ist ebenfalls erwiesen (Mestecky et al. 1978, Czerkinsky et al. 1987, Childers et al. 2001, Smith et al. 2001). Hingegen gelang es nicht, durch lokale, bewusst initiierte S.mutans-, S.sanguis- und Actinomyces viscosus - Applikationen die sekretorische Antikörperfraktion im Speichel zu erhöhen (Hägewald et al. 2000). Bislang ließ sich kein eindeutiger Zusammenhang zwischen dem sekretorischen Immunsystem und den bakteriell vielschichtigen Parodontitisformen herstellen (Dahlen et al. 1993, Levine et al. 1996).

3.4.3.6. Glykokonjugate des Speichels

▼ 19 

Glykokonjugate besitzen stets einen Kohlenhydratanteil, den Glykananteil, der in seiner Dimension von einem Monosaccharid bis hin zu Polysacchariden variieren kann (Stryer et al. 2003). Die Polysaccharide setzen sich meist aus verschiedenen Monosacchariden zusammen, so dass sich ein Heteroglykan ergibt. Die Glykosylierung vollzieht sich entweder an Lipiden oder Proteinen (Horowitz et al. 1978). Im Speichel liegen zum überwiegenden Teil Glykoproteine vor, die entsprechend der Größe des Kohlenhydratanteils dem Sekret seinen serösen oder mukösen Charakter verleihen. Zusätzlich treten im mukösen Sekret der Glandulae submandibulares /-linguales und der meisten kleinen Speicheldrüsen dominierend hohe Anteile an O-Glykanen auf. Sie enthalten charakteristischerweise keine Mannose. Dem gegenüber zeichnet sich das seröse Sekret der Glandula parotidea durch N-Glykane mit hohen Konzentrationen von Mannose, endständigen Fukose- und Sialinsäureresten sowie wenigen oder keinen N-Acetyl-Galaktosaminen aus (Tolson et al. 1985). Wie bereits erwähnt, stellen die Muzine als muköse Glykoproteine und die prolinreichen Proteine als seröse Glykoproteine den Hauptteil der 60 g Speichelglykoproteine, die pro Tag sezerniert werden. Auf Grund der unterschiedlichen Verknüpfungen der Proteinanteile mit den Kohlenhydratanteilen ergeben sich bei den Muzinen zwei Untergruppen: die MG1 = ´high molecular weight mucin glycoprotein´ mit O-glykosidischen Bindungen und die MG2 = ´low molecular weight mucin glycoprotein´ mit
O-glykosidischen und einem geringen Anteil an N-glykosidischen Bindungen. Zusätzliche Unterschiede innerhalb dieser Untergruppen lassen sich durch β-adrenerg induzierte Variationen des Glykananteils initiieren, wodurch z.B. deren Adhärenz an Hydroxylapatit erhöht wird (Baum et al. 1990). Tabelle 3 gibt als Beispiel für die strukturelle Variabilität von Glykoproteinen eine Übersicht über die unterschiedlichen Eigenschaften von MG1, MG2 und PRP wieder.

Tabelle 3: Eigenschaften der mukösen MG1- und MG2-Speichelproteine aus der Glandula submandibularis bzw. sublingualis, sowie der serösen PRP-Speichelglykoproteine aus der Glandula parotidea (Edgar 1992)

 

MG1

MG2

PRP

relatives Molekulargewicht (kDA)

< 103

200-500

40

Polypeptidanteil (%)

15

30

60

Kohlenhydratanteil (%)

75

68

30

Art der glykosidischen Bindung

GalNAc-Thr/Ser

GalNAc-Thr/Ser & (GlcNAc-Asn)

GlcNAc-Asn

Anzahl der Oligosaccharid-Ketten

46

170

6

Untereinheit

ja

nein

nein

gebundenes Sulfat

ja

?

nein

gebundenes Phosphat

nein

?

ja

gebundene Sialinsäure

ja

ja

?

Blutgruppenaktivität

ja; „Hauptträger“

ja

nein

3.4.3.6.1. Synthese von Speichelglykoproteinen

Die Synthese der Speichelglykoproteine ist ein sehr komplexer Vorgang, der in seiner Gesamtheit noch nicht erforscht wurde. Viele extraglanduläre (siehe 3.4.3) und zelleigene Faktoren, wie die Spezifität und Aktivität der genetisch determinierten Glykosylierungsenzyme, die Verfügbarkeit von Substraten, d.h. Nukleosiddiphosphat-aktive Monosaccharide und Glykan-Akzeptoren, sowie die Primärstruktur des Proteins, beeinflussen die Produktion und folgende Sekretion der Glykoproteine. So zeigten auch Studien an Parotisgewebe von Ratten, dass eine β-adrenerge Stimulation die Protein- und Glykoproteinsynthese steigert, sowie Enzyme der N-Glykosylierung kontrolliert (Kousvelari et al. 1983 + 1984). Folgende ´in vivo´-Studien bestätigten eine β-adrenerg abhängige Erhöhung der Synthese von ´high-mannose-type´-Glykanen (Kage 2001). Dieser Abschnitt soll ausschließlich einen generellen Überblick über die Glykoproteinentstehung geben.

▼ 20 

Es existieren aufgrund der zwei differierenden Bindungsformen zwischen den Protein- und Glykananteilen zwei Synthesewege, die Kornfeld & KornfelD 1985 sowie Hirschberg & Snider 1987 schematisch beschrieben (Kornfeld & Kornfeld 1985; Hirschberg & Snider 1987). Für die N-Glykane sieht dieser wie folgt aus:

I. Synthese eines ´precursor´-Oligosaccharids (= ein Heteroglykan aus 14 Monosacchariden) an der Membran des Endoplasmatischen Retikulums (= ER):

▼ 21 

II. Durch gewisse Umbauvorgänge des ´high-mannose-type´ entstehen N-Glykane vom ´complex-type´ bzw. ´hybrid-type´; einen zentralen ´core-type´ (= GlcNAc2Man3) behalten alle drei Typen gemeinsam bei.

Abbildung 4: Strukturen der Haupttypen von N-Glykanen (Kornfeld & Kornfeld 1985)

III. Das ´precursor´-Oligosaccharid wird als Ganzes auf einen Asparagin-Rest übertragen, wobei Dolicholphosphat frei wird.

▼ 22 

IV. Die endgültige Gestaltung vollzieht sich mit Hilfe von Glykosyltransferasen. Der Glykosylrest wird via N-glykosidischer Bindung und durch Kopplung an Nukleosiddiphosphat an das ´acceptor´-Protein gebunden und ggf. im Golgi-Apparat verlängert.

V. Die Addition von Sialinsäure, Sulphat- oder Phosphatresten beendet die Kettenverlängerung (Capasso et al. 1984).

Die O-Glykane werden grundsätzlich wie die N-Glykane synthetisiert. Jedoch durchlaufen sie weniger komplizierte Zwischenschritte im ER und weniger streng geordnete Reihenfolgen bei der Glykankettenbildung:

▼ 23 

VI. Es findet eine direkte Kopplung eines Glykosylrests an Seryl oder Threonin im Golgi-Apparat, d.h. keine ER und Dolichol-Beteiligung, statt.

Insgesamt differieren die Glykokonjugate in ihren terminalen und inneren Glykanstrukturen, in der Anzahl, der Art und der Reihenfolge der Monosaccharide innerhalb eines Glykans sowie in der Art der Glykan-Aminosäure-Verknüpfung. Untersuchungen zeigen, dass durch die Glykoproteinsynthese z.B. in der Glandula parotidea bei verschiedenen Säugetierspezies und innerhalb einer Art in unterschiedlichen Gewebsarealen eine große Variabilität der Zusammensetzung der endständigen Kohlenhydratanteile mit spezifischen Lektinbindungs-eigenschaften möglich ist (Accili et al. 1992). Bei der Glandula parotidea handelt es sich um eine seröse Drüse, deren Glykoproteine zumeist O-glykosidisch verknüpfte Glykane enthalten, wie auch der Gesamtspeichel zum größten Teil O-glykosidisch verknüpfte Glykane aufweist (Carpenter & Procter 1999). Auch die Glandulae submandibulares /-linguales integrieren als gemischte Drüsen seröse, O-glykosidische Anteile. Lektin-Mess-Studien belegen eindeutig eine Vielzahl von Zuckerresten in den serösen Zellen und mukösen Tubuli der Glandula submandibularis (Pinkstaff 1993). Mit dem Aufkommen histochemischer Färbemethoden zur Demonstration von Glykokonjugaten und Licht- sowie Elektronenmikroskopischen Methoden zur Beobachtung von Lektin-Zucker-Bindungen im Speichel ist es möglich zu zeigen, dass seröse Drüsenzellen Glykokonjugate synthetisieren und diese in sekretorischen Granula gelagerten Strukturen sezernieren (Pinkstaff 1993).

3.4.3.6.2. Funktionen von Glykoproteinen

Glykoproteine erfüllen insgesamt die unterschiedlichsten Funktionen und weisen untereinander auch überlappende Funktionsbereiche auf. Alle Zellen der Eukaryonten tragen auf ihren Plasmamembranen Glykokonjugate, die u.a. der intrazellulären Erkennung dienen (Stryer et al. 2003). Einige Funktionsmöglichkeiten beispielhafter Glykoproteine im menschlichen Körper zeigt Tabelle 4.

▼ 24 

Tabelle 4: einige Glykoproteine und ihre Funktionen (Montgomery et al. 1990)

Funktion

Glykoprotein

Enzym

Ribonuclease B, Prothrombin, β-D-Glukuronidase

Transport

Ceoruloplasmin, Transferrin

Hormon

Thyroglobulin, Erythropoetin, Chorongonadotropin

Immunsystem

γ-Globulin, Blutgruppensubstanzen, HLA-Antigene

Plasma & Körpersekrete

Fibrinogen, Mukus

Immunologische Eigenschaften zeigen Glykoproteine durch unspezifische und spezifische, dem Glykananteil zuzuschreibende Abwehrmechanismen (Lamblin et al. 1991). Der unspezifische Schutzmechanismus der Glykoproteine äußert sich wahrscheinlich durch mechanische Eigenschaften (Börsch 1984). Hingegen basiert das spezifische Abwehrsystem auf einer Abhängigkeit zwischen Oligosacchariden und Lektinen (Kage et al. 1995). Zahlreiche Studien beschreiben verschiedenste spezifische Kopplungen zwischen bestimmten bakteriellen Lektinen und einzelnen Glykanen (Demuth et al. 1990a + b, Gibbons 1986 + 1979, Kishimoto et al. 1991, Hajishengallis et al. 1994, Ligtenberg et al. 1990b). Wu et al. haben 1988 eine Übersicht der bekannten Lektine und ihrer Bindungsspezifität erstellt (Wu et al. 1988) (siehe 4.3.2.2, Tabelle 7).

Die Glykoproteine als Substrat für Interaktionen mit Bakterien (Levine et al. 1987) ergeben eine Schutzfunktion für alle oralen Mukosaoberflächen. Im Gegenzug bedingt z.B. ein Rückgang von Speichelglykanen ein überschießendes Wachstum von Candida im Mundraum (Tanida et al. 2003). Glykane sind genetisch determiniert und auf Zelloberflächen, im exokrinen Sekret sowie im ´Pellicle´ bzw. in der Plaque (Rittman et al. 1982, Holgersson et al. 1988) zu finden. Die Bindung zwischen ihnen und den bakteriellen Lektinen ist inhibierbar (Gibbons & Dankers 1982, Freter & Jones 1988, Kage et al. 1995). So erweisen sich im Speziellen auch Bindungen bakterieller Lektine an Oberflächen-gebundene Kohlenhydrate durch im Speichel gelöste Oligosaccharide oder Glykokonjugate als kompetitiv hemmbar. Eine Besiedlung der oralen Oberfläche über die bakteriellen Lektine ist somit eingeschränkt bzw. nicht mehr möglich (Gibbons & Qureshi 1979). Eine Studie hat ergeben, dass der Speichel kariesfreier Kinder eine höhere Konzentration an β-D-Galaktosyl-Reste-tragenden Glykanen enthält als Speichel von Kindern mit hoher Karies- bzw. bakterieller Aktivität. Unter dem Aspekt, dass die Adhäsion von S.mutans durch diese Glykane behindert wird, wäre eine Korrelation zwischen dem Glykangehalt und der Kariesinzidenz denkbar (Seemann et al. 2001). LEOUS & BELASOVA gelang es bereits 1995, einen positiven Zusammenhang zwischen der Spinnbarkeit, d.h. dem mukösen Charakter, des Speichels, welcher sich an Hand der gebundenen Sialinsäuren als Marker für den Muzingehalt nachweisen lässt (Tammiala Salonen & Söderling 1993), und der Kariesprävalenz darzustellen (Leous & Belasova 1995). Eine reaktive Steigerung der Mukusproduktion durch Exposition der Schleimhaut gegenüber potentiell schädigender Noxen konnte bislang im Intestinaltrakt und im Nasalbereich nachgewiesen werden. Der Begriff ´intramural reflex´ wurde als Umschreibung dieses reflektorischen, c-Faser-vermittelten Zusammenspiels eingeführt (Jaup et al. 1998, Jodal et al. 1993, Liewellyn-Smith 1987, Lundgren et al. 1988). Selbst die Mukusproduktion der Intestinalschleimhaut bei Säureexposition scheint sich nicht über das enterische Nervensystem sondern über einen ´intramural reflex´ zu vollziehen (Timar Peregrin et al. 1999). Ob solch ein ´intramural reflex´ als Schutz gegenüber Mikroorganismen oder anderen Substanzen ebenfalls im Mundraum existiert, ist durch Studien bislang noch nicht belegt. Im Vergleich zum Antigen-spezifischen sekretorischen IgA ist beim Oligosaccharid-abhängigen Schutz keine Erst-Immunisierung notwendig. Demzufolge wäre ein Wirkmechanismus der Glykoproteine gegenüber bakteriellen Angriffen bzw. Noxen im Rahmen einer reflektorischen Abwehr und im Sinne einer so genannte ´first line of defence´ denkbar.

3.5. Ziel der Untersuchung

▼ 25 

Aus der Literaturrecherche geht hervor, dass Speichel eine Vielzahl von unterschiedlichen Glykokonjugaten aufweist. Diese sind u.a. in der Lage, spezifisch an bakterielle Lektine zu binden, und deren Adhärenz an orale Oberflächen zu inhibieren. Die bakterielle Beteiligung an der Bildung des ´Pellicle´ und der Plaque ist jedoch eine Grundvoraussetzung für die spätere Entwicklung von Karies und Parodontitis.

Aufgrund der quantitativen und strukturellen Unterschiede der Speichelglykane wird als Ziel der Arbeit angestrebt, ihre reflektorische Veränderung in Bezug auf eine ansteigende Bakterienzahl in der Mundhöhle aufzuzeigen.

Des Weiteren sollen folgende Fragestellungen untersucht werden:

▼ 26 


© Die inhaltliche Zusammenstellung und Aufmachung dieser Publikation sowie die elektronische Verarbeitung sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung. Das gilt insbesondere für die Vervielfältigung, die Bearbeitung und Einspeicherung und Verarbeitung in elektronische Systeme.
XDiML DTD Version 4.0Zertifizierter Dokumentenserver
der Humboldt-Universität zu Berlin
HTML-Version erstellt am:
13.04.2006