Ecologia Oral e Cárie Dental UPC I 2009-1 [Modo de Compatibilidade]

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1
Ecologia da Cárie Dentária
Universidade Federal de Pelotas
Faculdade de Odontologia
Unidade Pré-Clínica I
g
Maximiliano S. CenciMaximiliano S. Cenci
cencims@gmail.comcencims@gmail.com
1. Introdução e contextualização;
Plano de aulaPlano de aula
2. Evidências de cárie como doença infecciosa;
3. Microbiologia da cárie de esmalte;
4. Microbiologia da cárie radicular e de dentina infectada;g ;
5. Propriedades comuns às bactérias cariogênicas;
6. Hipóteses para explicar a relação entre placa bacteriana
e cárie;
7. Considerações finais.
http://odonto.ufpel.edu.br/npc/
Biofilme Biofilme -- Uma Cidade de MicrorganismosUma Cidade de Microrganismos
Costerton et al. (1978)Costerton et al. (1978)
Ambientes aquáticosAmbientes aquáticos
Corpo humanoCorpo humano
Ambientes terrestresAmbientes terrestres
≈ 90% das bactérias, na natureza, ≈ 90% das bactérias, na natureza, 
encontramencontram--se em BIOFILMESse em BIOFILMES
Conceito de BiofilmeConceito de Biofilme
Comunidades microbianas complexas, e dinâmicas, envoltas Comunidades microbianas complexas, e dinâmicas, envoltas 
por uma matriz, geralmente polissacarídica, que se formam por uma matriz, geralmente polissacarídica, que se formam 
seqüencialmente e sofrem alterações ao longo do temposeqüencialmente e sofrem alterações ao longo do tempo
Porque formar biofilmes?Porque formar biofilmes?
Melhores condições de sobrevivência nos ambientes naturais Melhores condições de sobrevivência nos ambientes naturais 
•• Proteção contraProteção contra
•• Radiações UVRadiações UV
•• FagocitoseFagocitose
•• DesidrataçãoDesidratação•• DesidrataçãoDesidratação
•• PredadoresPredadores
•• AntimicrobianosAntimicrobianos
•• Aproveitamento de nutrientesAproveitamento de nutrientes
•• Troca de material genéticoTroca de material genético
2
Etapas no desenvolvimento de um biofilmeEtapas no desenvolvimento de um biofilme
1) Iniciação:1) Iniciação: Associação transiente Associação transiente ⇒⇒ Associação estávelAssociação estável
Mecanismos de comunicação intercelularMecanismos de comunicação intercelular
Expressão diferencial de genesExpressão diferencial de genes
2) Maturação:2) Maturação: Formação e estruturação de microcolôniasFormação e estruturação de microcolônias
Síntese de ExopolissacarídeosSíntese de Exopolissacarídeos
Interações metabólicas e genéticasInterações metabólicas e genéticas
3) Dispersão:3) Dispersão: Liberação de célulasLiberação de células
Etapas de formação de um biofilmeEtapas de formação de um biofilme
Biofilme artificial de Biofilme artificial de V. choleraeV. cholerae
Watnick, P. & Kolter, R. (2000) Biofilm, city of microbes. J. Bacteriol., 182:2675-2679
Exemplos de biofilmes de interesse humanoExemplos de biofilmes de interesse humano
Doenças associadas a biofilmes:Doenças associadas a biofilmes: 65 80% d i f õ t t d65 80% d i f õ t t dDoenças associadas a biofilmes:Doenças associadas a biofilmes: 65 a 80% das infecções tratadas, 65 a 80% das infecções tratadas, 
em países desenvolvidos.em países desenvolvidos.
-- Processos crônicosProcessos crônicos
-- Infecções de dispositivos implantáveisInfecções de dispositivos implantáveis
“Epidemias virtuais crônicas”“Epidemias virtuais crônicas”
Placa dentalPlaca dental
Overman, P.R. (2000) Biofilm: a new view of plaque. J. Contemp. Dent. Pract., 1:1-8.
Rickard, A.H.; Gilbert, P., High, N.J., Kolenbrander, P.E.; Handley, P.S. (2003) Bacterial coaggregation: an integral 
process in the development of multi-species biofilms. Trends Microbiol., 11:94-100.
“Os microbiologistas levaram cerca de 100 anos para serem “Os microbiologistas levaram cerca de 100 anos para serem 
capazes de estudar as bactérias em culturas puras.capazes de estudar as bactérias em culturas puras.
Provavelmente, agora serão necessários mais 100 anos, para que Provavelmente, agora serão necessários mais 100 anos, para que 
sejam capazes de estudar as bactérias como estas vivem na sejam capazes de estudar as bactérias como estas vivem na j pj p
natureza, ou seja: em biofilmes!!!”natureza, ou seja: em biofilmes!!!”
3
CárieCárie
Evidências de cárie como uma doença 
infecciosa
MicrorganismosMicrorganismos
Marsh e Nyvad, 2005Marsh e Nyvad, 2005
Relação entre microrganismo e doença
Com base nos postulados de Koch:
Marsh e Martin, 2005
1. Um microrganismo deveria estar presente em número suficiente para 
iniciar a doença;
2. O microrganismo deveria gerar altos níveis de anticorpos específicos;
3. O microrganismo deveria produzir fatores de virulência relevantes;
4. O microrganismo deveria causar doença em um modelo animal apropriado;
5. A eliminação do microrganismo deveria resultar em melhoria da doença.
Relação entre bactérias do biofilme e doença
Papel dos lactobacilos na etiologia da cárie dental
(Kliger, 1916)
Conceito de bactéria cariogênicag
-Capacidade acidogênica (produção de ácido)
-Capacidade acidúrica (sobrevivência em meio ácido)
Loesche, 1993
1920 – Participação de um microrganismo específico
Lactobacillus acidophilus
Meios de cultura seletivos
Restrições dietéticas (menos glucose) → Diminuição 
da contagem de lactobacilos e atividade cariogênica.
Os pesquisadores não eram capazes de 
demonstrar se os lactobacilos eram a 
causa ou conseqüência da cárie 
observada.
Loesche, 1993
Métodos quantitativos em meios de cultura seletivos
em estudos bacteriológicos 
- Lactobacilos eram raramente vistos
- Maioria estreptococos
1924 Clarke1924 – Clarke 
1º estudo sobre o isolamento do Streptococcus 
mutans do biofilme dental com a cárie 
¾Mostrou que o S. mutans era mais 
frequentemente isolados de lesões iniciais 
de cárie que os lactobacilos
¾S. mutans era capaz de aderir a 
superfície
BiofilmeBiofilme
aderenteaderente
Loesche, 1993
Características comuns dos estreptococos do grupo 
mutans (EGM)
a) Microaerofilia
b) Não proteolíticos
c) Exigiam tensão de CO2 para melhor crescimento
d) a capacidade de formar polissacarídeos ) p p
extracelulares a partir da sacarose
Loesche, 1993
4
1 – Animais germ-free
CÁRIESCÁRIES
Evidências de cárie como uma doença 
infecciosa
Orland et al., 1955; Fitzgerald et al., 1960
1 – Animais germ-free
CÁRIESCÁRIES
CÁRIESCÁRIES
Cárie-ativos
Fezes
Orland et al., 1955; Fitzgerald et al., 1960
1 – Animais germ-free
CÁRIESCÁRIES
CÁRIESCÁRIES
CÁRIESCÁRIES
Cárie-ativos
Fezes
Estreptococos 
isolados
de cárie-ativos CÁRIESCÁRIES
Orland et al., 1955; Fitzgerald et al., 1960
2 – Bactérias da microbiota oral podem
causar DESMINERALIZAÇÃO do
esmalte in vitro, produzindo lesões
semelhantes à cárie;
3 – Microrganismos têm sido3 Microrganismos têm sido
demonstrados em cortes
histológicos invadindo o esmalte e
dentina cariados.
Estes podem ser isolados e
cultivados a partir destas lesões
de cárie. Uzeda, 2002; Marsh e Martin, 2005Uzeda, 2002; Marsh e Martin, 2005
Cárie dental
microrganismosmicrorganismos
Keyes, 1960
substratosubstrato
(dieta)(dieta)
dentes e hospedeirodentes e hospedeiro
tempotempo
Microbiologia da Cárie de 
Esmalte
z Superfície lisa
z Superfície interproximal
z Sulcos e fissuras
z Cárie Rampante
Marsh e Nyvad, 2005Marsh e Nyvad, 2005
5
Ocorre em menor freqüência 
Facilidade de higienização
Cárie de Superfície Lisa
- Microbiologia bem caracterizada
Cocos facultativos Gram +
EGM – forte correlação lesão em esmalte
10-100 x mais EGM que o esmalte saudável
Newbrun, 1983; Marsh e Nyvad, 2005
Fejerskov e Kidd, 2005
Apesar de presente em apenas 2-7% placa de 
superfície lisa, EGM são considerados agentes 
etiológicos primários devido ao seu grande potencial 
cariogênico
Cárie de Superfície Lisa
Início do desenvolvimento da placa: Cocos Gram +
Maturação da placa – sucessão bacteriana
Marsh e Nyvad,
2005
S. salivarius
lesões cariosas em animais 
Papel na formação das cáries não está totalmente esclarecido
Cárie Rampante
Mudanças ecológicas como 
redução drástica do fluxo salivar 
ou consumo exagerado de
Mudanças ecológicas como 
redução drástica do fluxo salivar 
ou consumo exagerado de
número de EGM e lactobacilos na placa e na 
saliva
S. sanguis, Neisseria spp., anaeróbios G –
número de EGM e lactobacilos na placa e na 
saliva
S. sanguis, Neisseria spp., anaeróbios G –
ou consumo exagerado de 
açúcares
ou consumo exagerado de 
açúcares
pH baixo – seletivo para estreptococos e lactobacilos
Marsh e Martin, 2005; Marsh e Nyvad, 2005Marsh e Martin, 2005; Marsh e Nyvad, 2005Marsh e Martin, 2005; Marsh e Nyvad, 2005Marsh e Martin, 2005; Marsh e Nyvad, 2005
Cárie de Superfície Interproximal
¾ Microbiota variável
¾ Dificuldade de obtenção de amostras
1os estudos: correlação positiva entre cáries e
presença de EGM
Marsh e Martin, 2005, Marsh e Nyvad, 2005
Outros: não há correlação entre cáries e EGM
Cárie de Superfície Interproximal
- Lesões interproximais na ausência de EGM
- Da mesma forma, EGM podem estar presentes em 
número elevado e não ocasionar cáries
Geral: Sítios cárie ativos = S. 
sobrinus, S. mutans...
Marsh e Martin, 2005, Marsh e Nyvad, 2005
ll Continuam sendo o tipo Continuam sendo o tipo 
de lesão mais freqüente de lesão mais freqüente 
em populações, em populações, 
sobretudo na infânciasobretudo na infância
ll Continuam sendo o tipo Continuam sendo o tipo 
de lesão mais freqüente de lesão mais freqüente 
em populações, em populações, 
sobretudo na infânciasobretudo na infância
Cárie de Sulcos
Mejàre Mejàre et alet al., 2004., 2004Mejàre Mejàre et alet al., 2004., 2004
Wolinsky, 1984, Marsh e Nyvad 2005 Wolinsky, 1984, Marsh e Nyvad 2005 
- Microbiologia pouco esclarecida, mas predominância de EGM
- Dificuldade de obtenção de amostra da área
- Microbiologia pouco esclarecida, mas predominância de EGM
- Dificuldade de obtenção de amostra da área
6
S. mitis, S. arginosus, S. salivarius,
E. faecalis, A. naeslundii, A.
viscosus e lactobacilos
Cárie de Sulcos
Produzem cárie sob condições ç
orientadas, em alguns animais
Maioria restrita à base dos sulcos
Marsh e Martin, 2005
z Minerais removidos do 
esmalte, porosidades e 
i id d
Cárie de dentinaCárie de dentina
micro-cavidades
z Invasão bacteriana do 
órgão dentino-pulpar
Fejerskov & Kidd, 2005
9 As bactérias alojadas nas 
(micro) cavidades receberão 
mais proteção do que aquelas
DESTRUIÇÃO 
SUPERFICIAL
Cárie de dentinaCárie de dentina
mais proteção do que aquelas 
presentes na superfície.INVASÃO
BACTERIANA
9Favorece mudanças ecológicas
- bactérias anaeróbicas, G-, acidúricas 
e/ou proteolíticas.
Marsh e Nyvad, 2005
z Maior número de bactérias são recuperadas da 
dentina infectada superficial (EGM, lactobacilos, 
actinomices...) do que da dentina infectada 
profunda (anaeróbicas, G-...), considerando 
lesões abertas.
Fejerskov & Kidd, 2005
Zona de destruição
Sob esta zona, freqüentemente 
é vista a invasão bacteriana 
nos túbulos dentinários.
Fejerskov e Kidd, 2005
Grupos de bactérias
penetrando nos 
túbulos dentinários Túbulos dentinários
preenchidos por
microrganismos
Foco de liquefação
Cárie de Superfície Radicular
¾ Manutenção dos dentes em idades mais
avançadas
¾ Recessão gengival
Fejerskov & Kidd, 2005
7
Prevalência de cárie de raiz
aproximadamente 60% dos 
indivíduos com 60 anos ou +
têm lesões de cárie radicular
ou restaurações.
Fejerskov & Kidd, 2005
Marsh, 2005
9 Colonização microbiana
da superfície radicular
9 Crescimento da 
microbiota (48 horas):
mais rápido do que no 
esmalte
Superfície de cemento
radicular
Superfície de esmalte
esmalte
9 Topografia irregular
Fejerskov & Kidd, 2005
z Com base nos experimentos 
com animais - focado no papel 
das bactérias filamentosas 
Gram- positivas
Actinomices
A l i ã b t i d fí i d
Fejerskov & Kidd, 2005
z A colonização bacteriana das superfícies de 
esmalte e raiz têm demonstrado ser similares.
z EGM - mais prevalente em sítios com a doença do 
que nos sem a doença, em ambas as superfícies.
z Embora diferentes pesquisas demonstrem 
uma variação na proporção de bactérias 
envolvidas nas lesões de cárie de superfície 
radicular, existe um consenso de que:
Cárie de Superfície Radicular
z Actinomices., 
z Lactobacilos, e 
z Estreptococos (EGM). 
têm grande importância no processo da 
doença.
Shen, S. et al, 2002.
PLACA PLACA –– DOENÇA CÁRIEDOENÇA CÁRIE
Cárie CárieCárie Cárie
Esmalte Esmalte Raiz/DentinaRaiz/Dentina
Em resumo...
S.S. mutansmutans EGM EGM 
S. sobrinus S. sobrinus A. viscosusA. viscosus
Lactobacilos Lactobacilos LactobacilosLactobacilos
Propriedades patogênicas dos 
microrganismos cariogênicos
I – Eficiente transporte e fermentação de grande variedade 
de carboidratos, resultando em quedas de pH no biofilme;
II – Acúmulo de polissacarídeos 
intracelulares a partir da dieta do 
hospedeiro (tempos prolongados de 
baixo pH no biofilme);
Grânulos de amilopectina
Marsh e Nyvad, 2005
8
III III -- FFormação de polissacarídeos extracelulares (PEC) 
que conferem propriedades de aderência.
S. mutans
PECPEC Aumento da 
atividade
cariogênica
DENTE
Cury, 1989
PolímerosPolímeros
InsolúveisInsolúveis
αα (1(1→→3)3)
cariogênica
IV IV –– Capacidade de manter o metabolismo sob condições Capacidade de manter o metabolismo sob condições 
ambientais extremas (ambientais extremas (baixo pHbaixo pH)).
Importante:
As espécies microbianas frequentemente isoladas nas
lesões de cárie (EGM, lactobacilos, actinomices)
apresentam essas propriedades;
Biofilmes coletados clinicamente são avaliados
microbiologicamente com técnicas de cultivo para
essas bactérias;
Mas há mais de 500 espécies microbianas na cavidade
bucal, muitas não cultiváveis...
NÃO ESTARÍAMOS DEIXANDO PASSAR ALGUMA
COISA?
Marsh 2006; Li et al., 2007
Importante:
Embora os grupos bacterianos mencionados (EGM,
lactobacilos, actinomices) funcionem como bons
indicadores para atividade de cárie...
... A cárie dentária poderia ser causada por grupos
i t t i d 500maiores, presentes entre essas mais de 500
espécies...
Caracterizando-se como uma infecção polimicrobiana,
ou por um desequilíbrio polimicrobiano frente à
pressões ecológicas, como consumo acentuado de
açúcares.
Li et al., 2005; Marsh, 2006
Hipóteses atuais para explicar o papel da 
placa bacteriana no desenvolvimento de cárie
Hipótese da placa específica
-Somente algumas bactérias estão envolvidas
Hipótese da placa não-específica
R lt d d ti id d d i bi t t t l-Resultado da atividade da microbiota total
Hipótese da placa ecológica
- Microrganismos associados a doença podem estar 
presentes em locais saudáveis mas em níveis muito 
baixos para tornarem-se relevantes
- A doença é resultado de desequilíbrio
- Açúcar repetitivamente = queda pH = crescimento 
de espécies que causam cárie Marsh, 1994
Hipótese da placa ecológica
Excesso de
açúcar
Marsh, 2003
Biofilme dentalBiofilme dental
Hipótese da placa ecológica
Excesso de
açúcar
Stress
Produção de
ácido
Marsh, 2003
Biofilme dentalBiofilme dental
9
Hipótese da placa ecológica
Excesso de
açúcar
Stress
pH neutro
Produção de
ácido
Marsh, 2003
Biofilme dentalBiofilme dental
Hipótese da placa ecológica
Excesso de
açúcar
Modificação
ambiente Stress
pH neutro
Produção de
ácido Baixo pH
Marsh, 2003
Biofilme dentalBiofilme dental
Hipótese da placa ecológica
Excesso de
açúcar
Modificação
ambiente Stress
pH neutro
Mudança 
ecológica
S. sanguis, 
S. gordonii
Produção de
ácido Baixo pH
Marsh, 2003
Biofilme dentalBiofilme dental
Hipótese da placa ecológica
Excesso de
açúcar
Modificação
ambiente Stress
pH neutro
Mudança 
ecológica
S. sanguis, 
S. gordonii
Produção de
ácido Baixo pH
S. mutans, 
lactobacilos
Marsh, 2003
Biofilme dentalBiofilme dental
Hipótese da placa ecológica
Excesso de
açúcar
Modificação
ambiente Stress
pH neutro
Mudança 
ecológica
S. sanguis, 
S. gordonii Saúde
Produção de
ácido Baixo pH
S. mutans, 
lactobacilos
Marsh, 2003
Biofilme dentalBiofilme dental
Hipótese da placa ecológica
Excesso de
açúcar
Modificação
ambiente Stress
pH neutro
Mudança 
ecológica
S. sanguis, 
S. gordonii
Doença
Saúde
Produção de
ácido Baixo pH
S. mutans, 
lactobacilos Cáries 
Marsh, 2003
Biofilme dentalBiofilme dental
10
Hipótese da placa ecológica
Excesso de
açúcar
Modificação
ambiente Stress
pH neutro
Mudança 
ecológica
S. sanguis, 
S. gordonii
Doença
SaúdeSacaroseSacarose
Produção de
ácido Baixo pH
S. mutans, 
lactobacilos Cáries 
Ácido +Ácido + PECPEC
PEC = Polissacarídeos 
extracelulares, maioria 
insolúvel
Aumenta a porosidade*, Aumenta a porosidade*, 
Diminui concentração de Ca e Diminui concentração de Ca e 
PPii****
CárieCárie
Adaptado de Marsh, 1994; Paes Leme et al, 2006
*Dibdin & Shellis, 1988
*Cury et al., 1997
Matriz extracelular do biofilme 
matriz
biofilm
biofilm pH 5,6
SacaroseSacarose
Van Houte et al., 1989Van Houte et al., 1989
esmalteesmalte
matriz pH 4,5
Exemplo: “Mudanças microbianas frente ao desafio
cariogênico em biofilmes formados em sítios de retenção, em
dentina ou poliacrilato”
Sulcos artificiais
200 e 340 μm de 
largura -
4 em cada disco
Discos de dentina 
bovina ou 
poliacrilato
Variável estudada:
Mudanças microbianas – devido ao tipo de 
substrato, largura do sulco ou tempo 
Cenci, Cury e ten Cate, não publicado
Exemplo: “Mudanças microbianas frente ao desafio
cariogênico em biofilmes formados em sítios de retenção, em
dentina ou poliacrilato”
Modelo Experimental
9Biofilme (saliva) formado em “boca artificial”;
Cenci, Cury e ten Cate, não publicado
( ) ;
9 Desafio cariogênico = solução 10% de sacarose, 8x/ dia;
9Avaliação inicial após 4 dias, divisão dos CDFFs de acordo com o 
tipo de substrato;
Mudanças no perfil microbiano dos biofilmes de acordo com tempo de 
desenvolvimento
0%
20%
40%
60%
80%
100%
DE 200 μm DE 340 μm PA 200 μm PA 340 μm
Inoculum
80%
100%
Before split
0%
20%
40%
60%
80%
100%
DE 200 μm DE 340 μm PA 200 μm PA 340 μm
2 Weeks
80%
100%
3 Weeks
Cenci, Cury e ten Cate, não publicado
0%
20%
40%
60%
DE 200 μm DE 340 μm PA 200 μm PA 340 μm
0%
20%
40%
60%
80%
100%
DE 200 μm DE 340 μm PA 200 μm PA 340 μm
1 Week
0%
20%
40%
60%
DE 200 μm DE 340 μm PA 200 μm PA 340 μm
0%
20%
40%
60%
80%
100%
DE 200 μm DE 340 μm PA 200 μm PA 340 μm
4 Weeks
Definição Atual de Cárie Dentária
“Cárie é uma doença complexa causada por uma
quebra no equilíbrio fisiológico entre os minerais dos
dentes e o biofilme (Fejerskov, 2004; Selwitz et al.,
Com base no que foi discutido e na teoria ecológica...
( j
2007)...
... ocasionada por pressões ecológicas que
interrompem a homeostasia, como uma condição de
exposição a substratos fermentáveis/baixo pH, ou
redução no fluxo salivar (Marsh, 2006).”
11
Cárie dentalCárie dental
Contexto social Nível individual Nível biológico
Cultura 
política Ambiente 
social
Reações 
Psicológicas
Cérebro
Estrutura social
Holst D, Schuller AA, Aleksejuniene J, Eriksen HM. Caries in populations – a 
theoretical, causal approach. Eur J Oral Sci 2001; 109: 143-148. 
Políticas de 
saúde
Condições 
econômicas
Casa, Escola, 
Trabalho
Fatores materiais
Comportamento de 
saúde
Ecologia Bucal
Cárie
ScreeningScreening de pacientesde pacientes
Coleta de saliva
l d Diluição seriadaestimulada CHROMagar Candida
48h aerobiose 37 oC 
CHROMagar Candida
48h aerobiose 37 oC 
Diluição seriada
(Patterson et al., 1996; Ramage et al., 2004)
Biofilmes In situBiofilmes In situ
4) Inserção dos espécimes na prótese4) Inserção dos espécimes na prótese Coleta do biofilme formadoColeta do biofilme formado
22oo, 7, 7oo e 14e 14oo diasdias
Diluição e semeaduraDiluição e semeadura
Original 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5 10-6
20 µL
0 -1
-2-3
Diluição seriada
Gold Gold et alet al.,1973.,1973;; Bowen Bowen et alet al.,1998.,1998;; Tenuta Tenuta et alet al., 2006., 2006
1 mL por 1 mL por 
mg peso mg peso 
biofilmebiofilme
sonicadorsonicador
Semeadura em meio de cultura Semeadura em meio de cultura 
específicoespecífico
CHROMagar Candida
48h aerobiose 37 oC 
MSA
48h CO2 37 oC 
MSB
48h CO2 37 oC 
Agar sangue
72h anaerobiose 37 oC 
CFAT
72h anaerobiose 37 oC 
12