Adhesion Bacteriana A Biomateriales

Ábalos C Adhesión bacteriana a biomateriales

AVANCES EN ODONTOESTOMATOLOGÍA/347

Adhesión bacteriana a biomateriales

Ábalos C*

En cualquier sistema de agua corriente, cualquier sóli- do que esté sumergido en él, tiene en su superficie una rica y variada actividad de microorganismos. La clave para que puedan mantener su actividad estos seres vivos es su capacidad de adhesión. De esta pro- piedad depende el que puedan fijarse a la superficie y desde esta situación nutrirse y reproducirse, o que sean renovados. Por tanto, este dinamismo en su composición hace que a estos sistemas ecológicos se les denomine abiertos.

En el organismo humano, la única superficie dura natu- ral sumergida en un fluido son los dientes. Sin embar- go, en situaciones patológicas las litiasis del sistema uri- nario o de la vesícula biliar, participan de esta particula- ridad. Por definición, estas superficies son colonizadas

por bacterias que pueden ser responsables de infeccio- nes de repetición e incluso responsables de la pigmen- tación de estos cálculos (1). También, en situaciones terapeúticas cobra un especial interés la introducción de catéteres intravasculares y su posible colonización posterior por microorganismos.

En nuestro ámbito odontológico al sustitución del teji- do dentario por un material restaurador o la coloca- ción de prótesis en la cavidad bucal establecen las condiciones para que estas superficies, al estar sumergidas en un fluido, sean colonizadas por micro- organismos. La superficie del material y su composi- ción pueden influir en la capacidad de adhesión de los microorganismos y en la formación más o menos rápida de la placa bacteriana. Es nuestro objetivo acla-

RESUMEN

En términos generales, para la adhesión bacteriana, influyen cuatro elementos: Material, Microorganismos, anti- microbianos y mecanismos de defensa. La influencia del material es más importante en los estadios iniciales de la adhesión, pudiendo influir el mismo material, su rugosidad o su energía superficial., si es que existe una influen- cia del material en la adhesión bacteriana, esta reside en las caracteristicas de la película adquirida y en la espe- cificidad de las proteinas adsorbidas salivares (receptores), que puedan ser condicionadas por la composición del material o por las características de superficie de este.

Palabras clave: Adhesion bacteriana, biomateriales, mecanismos de adhesión.

ABSTRACT

In general terms, there are four elements which influence on bacterial adhesion: the material, the micro orga- nisms, antimicrobials and defence mechanisms. The influence of the material is more relevant at the initial states of adhesion where the proper material, its rough- ness or its superficial energy can have some influence. If there is some influence of the material in the bacterial adhesion, it relies on the features of the acquired film and on the specificity of the adsorved salivary proteins (receptors), which can be influenced by the composition of the material or the characteristics of its surface.

Key words: Bacterial adhesion, biomaterials, adhesion mechanisms.

Aceptado para publicación: octubre 2005

* Profesor Asociado. Facultad de Odontología. Universidad de Sevilla.

Ábalos C. Adhesión bacteriana a biomateriales. Av. Odontoestomatol 2005; 21-1: 347-353.

02-Camilo 21/2/05 13:06 Página 347

rar cómo sucede la adhesión bacteriana y la influencia de los distintos biomateriales.

En términos generales, para la adhesión bacteriana, influyen cuatro elementos: Material, Microorganis- mos, antimicrobianos y mecanismos de defensa (2). Nosotros nos vamos a centrar en relación entre el material y el microorganismo, aunque estos cuatro fac- tores están totalmente interrelacionados. Incluso, en determinadas ocasiones uno de ellos puede enmasca- rar a los demás. En un estudio donde se medía la dis- tinta capacidad adhesiva de varios microorganismos a materiales colocados en diferentes localizaciones de la cavidad bucal, se observó como independientemente de las distintas variables lo que destacaba era la mayor colonización de las superficies vestibulares que las lin- guales. Esto es debido a que los mecanismos de auto- limpieza son más eficaces por palatino

ADHESIÓN BACTERIANA

La adhesión bacteriana depende de unos Factores Inespecíficos de índole físico-químicos, eléctricos, etc. Y otros Factores Específicos de carácter adhesi- na-receptor, fimbrias, etc. De todas formas, en primer lugar para que se produzca la adhesión es necesario que la bacteria se acerque a la superficie del material.

El transporte de la bacteria se produce por tres mecanismos: 1) difusión; 2) dinámica del fluido y 3)

por actividad propia de la bacteria . No existe ningu- na interaccción entre la superficie sólida y el micro- organismo hasta una distancia de 50 nm. Cuando la bacteria se acerca a esta distancia aparece una atracción debido a las fuerzas de Van der Waals (Fa), que son debidas a un efecto dipolo entre átomos o moléculas. A medida que se va acercando a la super- ficie y a una distancia más corta que la interacción por las Fuerzas de Van der Waals, aparece una fuer- za de repulsión debida a la carga negativa de la bac- teria y del material que suelen ser del mismo signo. A esta fuerza se le denomina “Z potencial” (Fe). De la interacción de estas dos fuerzas es de lo que depen- de el mayor o menor acercamiento del microorga- nismo a la superficie del material (Figura 1) y es lo que se denomina Energía Gibbs, expresado en la siguiente fórmula:

Energía Gibbs = Fa – Fe

El Z potencial depende de la carga iónica de la bac- teria y de la superficie del material, pero también tiene una influencia el medio iónico en el que están sumergidas estas superficies. Normalmente, alrede- dor de la bacteria y del material, ambos con carga negativa, se forma una concentración de hidroge- niones del medio salivar para neutralizar la carga. Dependiendo de la ionización del medio se necesita- rá una capa mayor o menor para neutralizar la carga, obteniendo en las dos superficies una doble capa. Así, en medios iónicos altos la doble capa es muy delgada y permite un mayor acercamiento entre las

AVANCES EN ODONTOESTOMATOLOGÍA Vol. 21 - Núm. 1 - 2005

348/AVANCES EN ODONTOESTOMATOLOGÍA

Fig. 1. Mecanismos de la adhesión bacteriana. Energía GIBBS. Fig. 2. Mecanismos de la adhesión bacteriana. Fuerzas de gran alcance.

02-Camilo 21/2/05 13:06 Página 348

dos superficies. Sin embargo, en medios iónicos medios o bajos, la doble capa es de mayor grosor y la distancia de la bacteria a la superficie sólida es mayor, ya que la bacteria se detiene cuando las dobles capas entran en contacto (Figura 2).

El resultado de estas interacciones es el mayor o menor acercamiento de la bacteria a la superficie del material. Cuando la bacteria llega a una distancia de 2nm podemos predecir que la adhesión será irrever- sible, sin embargo a una distancia de 10nm la situa- ción es crítica ya que la bacteria dependiendo de su tamaño y otros factores puede adherirse reversible o irreversiblemente. A distancias mayores, la adhesión puede considerarse reversible.

Estas fuerzas que hemos descrito son un modelo de cómo puede ocurrir la adhesión de las bacterias a la superficie dental o a los biomateriales. Se llaman fuerzas de gran alcance y están sometidas a las leyes fisico-químicas. Realmente no sabemos si todo ocu- rre de esta forma, porque no están totalmente demostrados los mecanismos de la adhesión, pero este modelo según diferentes autores (3) es el que se puede acercar más a la realidad. Esta teoría denomi- nada DLVO debido a las iniciales de los autores que la describieron: Derjaguin, Landau, Verwey y Overbeek, es una hipótesis cualitativa, que describe la posibilidad o no de que la adhesión sea reversible o irreversible, pero en ningún modo nos cuantifica la adhesión.

Una vez que la bacteria esta cerca de la superficie sólida, entran en juego las fuerzas de corto alcance, donde la interacción de fuerzas es sustituida por una serie de fuerzas adhesivas, que tienen un carácter de enlace primario, bien iónico o covalente. Posteriormente, se produce la fijación a la superficie del biomaterial o la superficie dura del diente. Cuando se fijan los microorganismos entran en ínti- mo contacto con la superficie sólida, ya que la bac- teria tiene la capacidad de absorber el medio hídrico que le rodea, debido a grupos hidrofóbicos que ella posee o sus apéndices.. A veces existe una separa- ción entre las dos superficies, pero es debido a los polisacaridos extracelulares fabricados por estos microorganismos.

En la fijación están presenten una serie de mecanis-

mos específicos. La superficie del biomaterial o del diente se reviste por una película con componentes salivares que actúan como receptores específicos. Estos receptores pueden ser sacáridos para las adhe- sinas bacterianas, pero también pueden ser recepto- res proteináceos para algunas adhesinas como las PRPs ( proteinas salivares ricas en prolina) que solo reconoce el Actinomices Viscosus. Los polisacaridos extracelulares son fabricados por las bacterias debi- do a la enzima glucosiltransferasa libre o en el inte- rior de la bacteria. Esta enzima tiene la capacidad de metabolizar la sacarosa de la dieta y descomponerla en glucosa y fructosa. A partir de la glucosa pueden establecerse uniones alfa 1-6 ó alfa 1-3, a estos últi- mos se le denominan mutanos y debido a su carác- ter insoluble, son fundamentales en los mecanismos de adhesión bacteriana.

En algunas ocasiones, cuando la bacteria esta a una distancia aproximadamente de 10 nm,

...