background image

Preventive  Dentistry 

Microbiological  aspect of dental caries 

Lec.10                                                                           Dr.Jihan Abdulhussein 

•  Dental  caries  is  the  result  of  the  metabolic  activities  of bacteria in microbial 
communities  on  teeth  termed  dental  biofilms  (often  referred  to  as  dental 
plaque). 

•  Dental  plaque  (biofilm)  is  a  dense,  nonmineralized,  highly  organized 
complex  mass  of  bacterial  colonies  in  a  gel-like  intermicrobial  matrix.  The 
matrix  protects  the  bacteria  from  the defensive cells of the body (neutrophils, 
macrophages,  and  lymphocytes). It adheres firmly to the acquired pellicle and 
to the teeth, calculus, and restorations. 

• Resident microflora: Acquisition of the resident microflora occurs from birth 
and is a natural process, during which all environmentally exposed surfaces of 
the body become colonized. 

•  Once  established,  the  resident  microflora  has  a  diverse  composition, 
consisting  of  a  wide  range  of  Gram-positive  and  Gram-negative  bacterial 
species,  as  well  as  yeasts  and  other  types  of  microorganism.  In  addition, the 
composition  of  the  oral  microflora  will  change  as  the  biology  of  the  mouth 
alters over time. 

Benefits of the resident microflora 

The  resident  microflora  contributes  directly  and  indirectly  to  the  normal 
development  of  the  host, and functions as part of the innate host defenses by 
acting  as  a  barrier  (colonization  resistance)  to  permanent  colonization  by 
transient  organisms,  some  of  which  are  potentially  pathogenic.  Mechanisms 
involved  in colonization  resistance by resident organisms include: 

•  Saturation of microbial  attachment sites 

•  More effective  competition for essential nutrients 
•  Creation of conditions unfavorable to the growth of invading  microbes 

•  The  production  of  inhibitory  factors,  e.g.  bacteriocins  and  hydrogen 

peroxide. 

Transmission of cariogenic flora 

Oral  infection  in  children  is  related  to  frequent  contact  with  large  numbers of 
bacteria  from  the  mother  (“cuddle  effect”)  and  other  caregivers  within  the 
discrete  period  between  18/19  and  31  months  (the  “window  of  infectivity”). 
But  the  presence  of  caries  improves  that  children  aged  9–10  months are also 


background image

already  infected  and  S.  mutans  was  detected  in  25%  of  one  sample  of  pre-
dentate children. 

When  the  number  of  S.  mutans  in  a  mother  is  reduced  permanently,  her 
child’s  mouth  is  colonised  at  a  late  stage  or  not  at  all.  Bacteria  newly 
introduced  in  the  mouth  are  more  likely  to  get  established  in  children  than  in 
adults  with  their  highly  colonisation-resistant,  optimally  adapted  flora.  In 
children  tooth  eruption  creates  conditions  favourable  for  colonisation.  In 19–
31-month-old children  a new bacterial  colony is established relatively  easily. 

Oral environment 

Adherence  is  a  key  ecological  determinant  for  oral  bacteria  to  survive  and 
persist.  The  mouth  is  unique  in  the  human  body  in  possessing  non-shedding 
surfaces  (teeth)  for  microbial  growth,  leading  to  extensive  biofilm  formation 
(dental  plaque).  In  contrast,  desquamation  ensures  that  the  bacterial  load  is 
relatively  light  on mucosal surfaces. 

Acquired  pellicle  is  an  amorphous  layer  that  forms  over  exposed  tooth 
surfaces,  restorations  and  dental  calculus.  It  forms  within  minutes  after  all 
external  material  has  been  removed  from  the  tooth  surfaces  with  an  abrasive. 
It  is  composed  primarily  of  glycoproteins  from  the  saliva  that  are  selectively 
adsorbed  by  the  hydroxyapatite  of  the  tooth  surface.  Although,  pellicle 
performs  a  protective  function,  acting  as  a  barrier  to  the  acids,  it  also serves 
the  initial  site  of  attachment  to  the  bacteria  and  begins  the  first  stage  of 
biofilm  development 

Oral habitats 

Buccal  mucosa,  dorsum  of  the  tongue,  teeth,  crevicular  epithelium,  and 
prosthodontics, and orthodontics appliances. 

Factors modulating microbial Growth 

a-anatomical  factor 

b-saliva 

c-gingival  crevicular  fluid 

d-microbial  factors 

e-miscellaneous 

f-nutrition  of oral bacteria 

Teeth do not provide a uniform habitat for microbial growth which is optimal 
for the growth of many micro-organisms. 


background image

Saliva  has  a profound influence on the ecology of the mouth for example, its 
ionic  composition  promotes  its  buffering  properties  and  its  ability  to 
remineralize  (i.e. repair) enamel. 

In  addition,  the  organic  components  (glycoproteins  and  proteins)  can 
influence  the  establishment  and  selection  of  the  oral  microflora  by  either 
coating  oral  surfaces,  and  adaptive  immunity  (e.g.  sIgA)  and  so  can  directly 
inhibit  some exogenous micro-organisms. 

Saliva  plays  other  roles  in  regulating  the growth and metabolic activity of the 
oral  microflora.  Saliva  helps  to  maintain  the  pH  in  the  oral  cavity  at  values 
around 6.75-7.25 and the temperature  at around 35-36°C. 

The  tongue  has  a  highly  papillated  surface  providing  protection  in  the  crypts 
to  fastidious  bacteria  including  obligate  anaerobes.  The  tongue  acts  as 
reservoir  for  many  species  that  are  commonly  found  in  dental plaque. So the 
biological  and  physiological  properties  of  each  site  result  in  only  a  subset  of 
the  organisms  (often  20-30  distinct  types)  being  able  to  predominate  at  an 
individual  site. 

A  carbohydrate-rich  diet  increases  the  acid  production  and  growth  rate  of 
many oral bacteria. 

Plaque development 

•  Soon  after  polishing  a  tooth,  a  biofilm  of  negatively  charged  salivary 
glycoproteins,  the  salivary  pellicle,  is  seen  to  adhere  to  the  tooth.  Salivary 
bacteria  (

∼2.108/mL)  are  attracted  towards  this  pellicle,  and  the  sparse, 

reversible  colonisation  of  the  pellicle  with  a  few  species  soon  stabilizes 
microcolonies  develop,  which  produce  an  interbacterial  matrix  that  encloses 
other bacteria which do not have a capacity to adhere to the pellicle. 

•  A  biofilm  community  comprises  bacterial  microcolonies,  an  extracellular 
slime  layer,  fluid  channels,  and  a  primitive  communication  system.  The 
bacteria cluster together to form sessile, mushroom-shaped microcolonies that 
are  attached  to  the  surface  at  a  narrow  base.  Different  microcolonies  may 
contain  different  combinations  of  bacterial  species. Bacteria in the center of a 
microcolony  may  live  in  a  strict  anaerobic  environment,  while  other  bacteria 
at the edges of the fluid channels may live  in an aerobic environment 

Clinically:  plaque  presents  as  a  transparent  film  and  therefore,  difficult  to 
visualize.  It  can  be  detected with an explorer by passing the explorer over the 
tooth  surface  near  the  gingival  margin to collect plaque, which makes it easier 
to  see.  Plaque  disclosing  solutions  that  stains  the  invisible  plaque  is  used  for 
easy  detection  of  plaque.  It  stains the plaque and makes it visible to the eyes. 
These solutions disclose the extent and location of the plaque. 

• The complexity of the plaque microbial  population strongly depends on:  


background image

•  The salivary  properties,  
•  Crevicular  fluid,   

•  Mechanical  factors,  
•  The substrate and  

•  Other plaque-related  factors (e.g. age of the plaque). 

It takes a few days for newly formed plaque to become cariogenic. 

Composition of plaque 

• Already at birth, the mouth is colonised by bacteria. The oral epithelium is in 
a  state  of  continuous  replacement;  thus, bacteria that need to adhere to stable 
surfaces  to multiply (e.g. S. mutans) only colonise the oral cavity permanently 
after  tooth  eruption,  then  more  complex  plaque  that  forms  contains  bacteria 
associated with caries. 

•  Bacteria  comprise  70%  of  plaque;  the  remainder  30%  is  composed  of 
intercellular  material  derived  chiefly  from  the  bacteria,  salivary  proteins  and 
epithelial  cells,  also  plaque fluid with calcium and phosphate, and rarely, food 
remnants. 

Virulence factors 

The  amount  of  acids,  the  rate  of  production  and  the  time  for  which  they 
remain  on  the  tooth  surface  co-determine  the  cariogenicity  of  plaque.  In  the 
presence of sugar, plaques with larger numbers of mutans streptococci quickly 
produce much acid 

The plaque hypothesis to explain role of dental biofilm bacteria in the etiology 
of dental caries 

•  The  specific  plaque  hypothesis  proposed  that,  only  a  single  or  very  small 
number  of  species  of  organisms  comprising  the  resident  plaque  micro-flora 
were  actively  involved  in  disease.  This  proposal  has  been  easy  to  promote 
because  it  focused  efforts  on  controlling  disease  by  targeting  preventive 
measures  and  treatment  against  a  limited  number  of  organisms,  such  as  by 
vaccination  or gene therapy or by antimicrobial  treatment 

• non-specific plaque hypothesis considered that disease is the outcome of the 
overall activity of the total plaque microflora, so not just those that make acid, 
but also species that produce alkali or consume lactate need to be considered. 
Thus, a heterogeneous mixture  of microorganisms could play a role in disease. 

 

Explination:  of non-specific theory 

1-  There is extreme  variation  in supra-gingival  plaque 
2-  Other plaque bacteria have the same biochemical  characteristics 


background image

3-  Bacteria  associated  with  caries  other  than  mutans  streptococcus  and 

lactobacillus 

4-  The presence of lactate-consuming species (e.g. Veillonella) 
5-  The  production  of  alkali  to  raise  the  local  pH  (e.g.  by  ammonia 

production by S. salivarius and S. sanguinis). 

This  has  a  great  significance  for  caries  prevention,  since  implicit  in  the 
hypothesis  is  the  concept  that  disease  can  be  controlled  by  targeting  the 
putative  pathogens  (mutans  streptococci  and  other  acidogenic/aciduric 
species)  through  interference  with  the  factors  that  are  driving  the  deleterious 
shifts  in  the  balance  of  the  microflora.  Identification  of  such  critical  control 
points  (e.g.  mechanical  biofilm  removal,  saliva  stimulation  and/or  dietary 
control)  can  lead  to  the  selection  of  appropriate  caries-preventive  strategies 
that are tailored  to the needs of individual  patients. 

•  The  ecological  plaque  hypothesis  proposes  that  the  organisms  associated 
with  disease  may  also  be  present  at  sound  sites,  but  at  levels  too  low  to  be 
clinically  relevant.  Disease  is  a  result  of  a  shift  in  the  balance  of  the  resident 
microflora  driven  by  a  change  in  local  environmental  conditions.  In  the  case 
of  dental  caries,  repeated  conditions  of  low  pH  in  plaque  following  frequent 
sugar  intake  (or  decreased  sugar  clearance  following  low  salivary  secretion) 
will  favor  the  growth  of  acidogenic  and  aciduric  species,  and  thereby 
predispose a site to caries. 




رفعت المحاضرة من قبل: Mustafa Shaheen
المشاهدات: لقد قام 10 أعضاء و 147 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل