• Количката е празна

Разрушаване на колагена от бактерии

2019-04-05

Пародонтоза, преждевременно раждане, тежка гангрена и дори смъртоносни форми на антракс, използвани като био оръжие - има ли нещо общо между тях? Оказва се, че да. Те са причинени от бързо разграждане на един от основните протеини в човешкото тяло - колагенът. Съществуват много заболявания, които са свързани с зловредното влияние на патогенни микроорганизми. Вариантите за терапия са различни - антибиотично лечение, прием на пробиотици, лечение с кислород под високо налягане, хирургична операция за отстраняване на поразени тъкани и други. В някои случаи профилактиката се осъществява с ваксини. Не е за подценяване ролята на имунната система, която незабелязано от нас води епични битки за опазване на здравето

Колагенът е един от най-често срещаните протеини в състава на кожата, сухожилията, хрущялите, както и в органичния компонент на костите, зъбите и роговицата на окото. Всъщност колагенът е около 25-33% от общото количество протеин в организмите на бозайниците. Той се намира в съединителната тъкан на почти всички органи като неразтворими влакна, вградени в полизахаридите и в протеините на извънклетъчната матрица, които придават на тъканите тяхната структура и якост. Следователно всеки процес, който води до разграждане или загуба на цялост на този протеин има значително последици за здравето.

Колагенът е сравнително дълга пръчкообразна молекула, която съдържа 3 полипептидни спирали, всяка от които е завъртяна леко надясно. Тази тройна спирала съдържа кръстосани молекулни връзки. Денатурацията на колагеновата тройна спирала причинява разрушаване на тези стабилизиращи връзки и преобразуване на колагена в желатин.

Колагенът е ключов компонент на извънклетъчната матрица при различни животински видове. Той обикновено се получава след разцепването на про-колаген чрез колагеназа, която се отделя от клетките. Колагеназите са ензими, които разрушават пептидните връзки в колаген. Целта е да не се образуват прекалено големи структури вътре в самата клетка. Колагеназата може да се получи като реакция на имунната система.

Досега са открити около 28 различни типа колаген, които се различават един от друг.

  • Влакнестите колагени ( тип I, II и III), погледнати под микроскоп са като дебели и плътни влакна с характерен модел на аксиално повторение. Диаметърът им варира от 200 nm в кожата и сухожилията до около 25 nm в роговицата на окото, като в някои тъкани те са с приблизително еднаква дължина, а в други като например в кожата разликите в дължините на отделните влакна могат да са в пъти. Колаген тип I, II и III принадлежат основно към групата на влакнестите колагени.
  • Невлакнести колагени (тип IV), за разлика от предходните, образуват нефиброзни мембрани, които изглеждат хомогенни дори и погледнати под микроскоп. Това са тънки мембрани, които отделят влакнестите тъкани от другите клетки. Дебелината им варира от 25nm в капилярите до 200 nm в капсулата на очната леща.
  • Филаментозните колагени ( тип VI, VII, IX и X) са характерни с това, че образуват слабо обединени групи от влакна.

Микробните колагенази се използват по време на бактериална атака за разграждане на колагеновата бариера на гостоприемника. Понякога това се случва контролирано в болниците с цел отстраняване на мъртви тъкани от изгаряния и язви. Колагенази се използват и за раздробяване в месопреработвателната промишленост.

За разлика от колагеназите при живите организми, които разделят колагена в неговата естествена структура с 3 спирали, бактериалните колагенази могат да разградят водонеразтворими естествени колагени. Могат да атакуват почти всички видове колаген и да направят многократни разцепвания в областта на тройните спирали.

За първи път бактериалните колагенази са идентифицирани през 50-те години на XX в. През 1959 г. започва продажбата на първата колагеназа. По-късно са направени допълнителни проучвания как колагеназите могат да помогнат в лечението на човешки заболявания като ревматоиден артрит, метастази, почистване на рани, дискова херния, възстановяване на фиброзни тъкани и чернодробна цироза.

Публикацията Bacterial Collagenases and Collagen-Degrading Enzymes and Their Potential Role in Human Disease [1] дава повече информация как бактериалните колагенази влияят на човешкото здраве.

Колагеназите разцепват спиралните области на колагеновите молекули при обичайните температура и pH. Известно е, че има много протеази като пепсин, трипсин, химотрипсин, папаин и други тъканни ензими, които могат да разграждат желатина и не-спиралните участъци от колагеновите молекули.

Доскоро се смяташе, че производството на колагенази от бактерии е ограничено до няколко щама. През последните години нараства броя на микроорганизми, които увреждат колагена в човешкия организъм. Това  въздействие на патогенните бактерии все още не е напълно изяснено, тъй като имунната система система също може да предизвика отделянето на колагенази по време на възпалителен отговор.

В тази публикация с колагенолитик обозначава способността за разграждане на влакнести или невлакнести колагени.

В случая най-удачно да се групират разграждащите колагенази според отделния орган/тъкан, в който се е проявило заболяването.

Мускули и меки тъкани. Инфекциите в тези части на човешкото тяло се случват без да е нужно наличие на кислород. Често сре развиват при образуване на рани след травма или хирургична намеса, недостатъчно кръвоснабдяване, злокачествено заболяване, тъканна некроза и остра аеробна микробна инфекция. Получаването на разяждащи ензими от патогенните микроорганизми води до развиваща се тъканна некроза и позволява на още бактерии да навлязат по-навътре. Тези процеси благоприятстват растежа на анаеробните патогени, които не се нуждаят от кислород.

Една от най-рано откритите бактерия с подобни действия е Clostridium perfringens (известна преди като Bacillus welchii). Тя е грам-положителна, пръчковидна, анаеробна и спорообразуваща. Среща се често в природата - в разлагащата се растителност, морските скали, чревния тракт на хора и животни и в почвата. Размножава се бързо и в човешките трупове като води до отделянето на газове с характерна миризма. Бактериите са устойчиви на формалдехид и причиняват ускорено разграждане на тъканите. В САЩ и Великобритания тези бактерии са третата най-често срещана причина за хранителни натравяния с неправилно приготвени или съхранявани храни и водят до 250 000 натравяния годишно в САЩ. Токсините, които се отделят от бактерията могат да бъдат унищожени при 74 ° С. Инкубационният период за поява на симптомите е между 6 и 24 часа. Характеризират се с коремни спазми, диария, повръщане и треска. Много от случаите на подобно хранително отравяне остават без остро изразени симптоми, ако човекът е бил заразен вече и си е изработил антитела. Обикновено инфекцията отшумява в рамките на 24 часа, но може да продължи до 2 седмици при по-възрастни хора или с хронични заболявания. Тъй като Clostridium perfringens образува спори, които могат да издържат на по-ниски температури на готвене, ако приготвената храна е оставена достатъчно дълго, тези спори се размножават и отново създават опасност. Заразяването с тези патогенни бактерии може да бъде предотвратено, ако храните се подложат на термична обработка. В рамките на 2 часа след приготвянето останалата храна трябва да бъде охладена до -4 ° С. Големи съдове със супа или с яхния с месо трябва да се разделят на по-малки порции, за да сме сигурни в равномерното охлаждане, а след това нагряти отново. Основното правило е, че ако храната има променен вкус, мирис или външен вид следва да не се консумира.

Освен хранително отравяне C. perfringens може да доведе до некротизиращ ентерит. В подобни случаи има риск от фатален край. Среща се сред населението на Нова Гвинея, райони от Африка, централна Америка, Южна Америка и Азия. Голям брой от бактериите се размножават в червата и отделят токсини, които причиняват некроза, кръвоизливи и перфорация на чревния тракт. Възпалението обикновено се развива в средната част на тънките черва. Рисковите фактори са липса на протеини, нехигиенично приготвяне на храната, преяждане с месни продукти след продължителен пост, ястия със сладки картофи.

Газова гангрена, причинена от бактериална инфекция води до разрушаване на колаген в меките тъканиГазовата гангрена е бактериална инфекция, при която се произвеждат газове в некротиралите тъкани. Обикновено се причинява от бактериите Clostridium perfringens. след като проникнат през кожата. Симптомите включват мехури, тахикардия, подуване и жълтеница. В САЩ от газова гангрена страдат около 1000 души годишно. Повече случаи е имало през войните през XX в., тъй като бактериите от почвата са заразявали войниците, подлагани на обработка на раните при липса на стерилност. Характерни за този вид гангрена са големите, почернели рани, както и отделянето на газ от тъканите.

Под въздействие на отделените токсини се увеличава пропускливостта на кръвоносните съдове, а бактериите лесно навлизат в мускулите, впоследствие унищожават и съседните им тъкани. Трудно е да се определи степента на увреждане, защото процесите текат подкожно. Анаеробните бактерии от почвата имат способността да оцеляват в екстремни условия. Промените в pH и температурата са значителни. Често са застрашени от недостиг на храна и конкуренция с други бактерии. Те неутрализират другите микроорганизми с помощта на специални токсини. Когато подобни бактерии навлязат в жив организъм, те попадат в качествено нова среда с огромно количество хранителни вещества, постоянна температура и изобилие от вода. Това дава възможност на микробите бързо да се размножават, а имунната система не успява да се справи с инвазията, ако инфекцията е за първи път. Междувременно бактериите не спират да отделят токсини и да увреждат засегнатите тъкани.

Възможна е антибиотична терапия с Пеницилин, но не е особено ефективна, защото не прониква надълбоко в увредените тъкани. За успешното лечение е важно бързо хирургично отстраняване на засегнатите тъкани, както и на тези, в които бактериите може да се размножат. Когато се появи увреждане в стомашно-чревния тракт се налага лечение в хипербарна кислородна камера под налягане. Кислородът насища заразените тъкани и предотвратява растежа на анаеробните бактерии.  

В блога на aloha.bg сме писали за връзката между колаген и диабет

Колагенът е естествено гликиран, което означава, че колагеновите протеинови молекули имат ковалентно свързани към тях молекули захар (към лизинови и хидроксилизинови остатъци). Засега не са изяснени причините за това свързване със захарта, но без него колагеновите молекули не образуват структурни фибрили. Едно от предположенията е, че захарите осигуряват ниско енергийно взаимодействие между колагеновите фибрили и околната водна стена на тъканта. Колагенът е до голяма степен хидрофобна (водоотблъскваща) молекула. За разлика от тях захарните молекули могат да имат както хидрофобно, така и хидрофилно действие. Ако са свързани с колаген, те се подреждат по строго определен начин.

За съжаление колагенът може да се свърже и със захарни молекули, чието място се предполага, че не бива да е там. Това се случва в тъканите на диабетици с неконтролирана кръвна захар. При чести случаи на хипергликемия гликиращата захар реагира допълнително и образува крайни продукти на гликация, който водят до кръстосване на самите колагенови молекули. Всичко това води до проблеми със зарастването на рани и тъкани, както и в промяна в дейността на вътрешни органи.

Peptostreptococcus е род на анаеробни, грам-положителни бактерии, които не образуват спори. Това са бавнорастящи микроорганизми, които са с повишена резистентност към антимикробни средства. Те са често срещани в долната част на репродуктивната система при жените.  Освен това се срещат в устата, кожата, стомашно-чревния тракт и пикочните пътища. При хора с отслабена имунна система или травматични състояния тези бактерии могат да станат зловредни и да увредят различни органи и тъкани на човешкия организъм като абсцес на мозъка, черния дроб, гърдата и белия дроб, както и некротични инфекции на меките тъкани. Бактериите Peptostreptococcus вземат участие в смесени анаеробни инфекции, които са причинени от различни щамове бактерии в тъкани, които не изискват наличие на кислород. Една от най-често срещаните бактерии от този род е Peptostreptococcus magnus.

Публикацията от 1991 г. Anaerobic Pathogenesis: Collagenase Production by Peptostreptococcus magnus and Its Relationship to Site of Infection [2] дава информация за 50 изолирани щама на Peptostreptococcus magnus от сепсис на абдоминалната област, абсцес на гърдата и инфекции на диабетно стъпало. Оказва се, че колагеназата в тези тъкани е свързани с бактерията като по-чести са случаите при диабетиците и абсцеса на гърдата.

Bacteroides fragilis е задължително анаеробна, грам-отрицателна, пръчкообразна бактерия. Тя е част от нормалната микрофлора на човешкото дебело черво и обикновено не причинява здравословни проблеми. Може да причини инфекция, ако навлезе в кръвния поток или съседни тъкани след операция, заболяване или травма. Може да причини подкожни абсцеси или некроза на тъкани близо до ануса, както и синергична гангрена, рани от залежаване и инфекции на меките тъкани при диабет.

Кожа.

Целулитис е бактериална инфекция на кожатаСега ще поговорим за друго увреждане на кожата. Не става дума за целулит, а за целулитис. [3] 

Това е бактериална инфекция, която включва вътрешните слоеве на кожата. Тя засяга дермата и подкожната мастна тъкан. Признаците се свързани със зачервяване на кожата, което се увеличава за няколко дни. Границите на зачервеното петно обикновено не са ясно разграничени, а участъка може да е подут. Когато се натисне с пръст може да побелее. Възпаленият участък е болезнен, а човек може да развие треска и да се чувства изморен.

Най-често срещаните места, на които се развива целулитис са краката и лицето, въпреки че може да се развие във всички части от тялото. Краката най-често са засегнати от развитие на инфекция след разкъсване на кожата, както и затлъстяване, подуване на краката и старост. За лицевите инфекции не е нужно разкъсване на кожата. Най-често целулитис се развива от Стрептококи и Staphylococcus aureus. Обикновено тези бактерии са част от нормалната флора на кожата и не причиняват инфекции, когато са над епидермиса. Лечението обикновено е с антибиотици, приемани през устата. Около 95% от случаите получават подобрение след 7-10 дни лечение. Хората с диабет са по-склонни към развитие на усложнения. Потенциалните усложнения са свързани с образуване на абсцес, фасциит и сепсис.

Други причини за развитие на целулитис са:

  • ухапване от насекоми или паяци
  • ухапване от животни
  • образуване на пришки и мехури от варицела и Херпес
  • татуировки
  • сърбящ кожен обрив
  • скорошна хирургична операция
  • прекалено суха кожа
  • екзема
  • инжектиране на наркотици
  • бременност
  • диабет
  • затлъстяване
  • изгаряния
  • циреи
  • отслабнала имунна система
  • разширени вени

За правилната диагностика освен огледа на засегнатите участъци от кожата лекарят може да предпише кръвни изследвания, вземане на проби за определяне на бактериите или други изследвания с цел целулитисът да се разграничи от дълбока венозна тромбоза, която има подобни симптоми.

След като патогенните бактерии веднъж навлязат под кожата, те се разпространяват бързо чрез кръвообращението, навлизат в лимфните възли и засягат различни тъкани. Инфекцията може да се прояви с грипоподобни симптоми с повишена температура и изпотяване или усещане за студ и треперене. В редки случаи инфекцията може да достигне до по-дълбоко разположени тъкани, а некротизиращият фасциит е наричан от медиите “бактерии, които ядат плът” изисква спешна медицинска помощ.

Диабетиците са по-застрашени от целулитис поради отслабване на имунната система. Освен това захарната болест уврежда кръвообращението на краката и това води до диабетни язви в долната част на краката. Повишената кръвна захар допълнително подхранва бактериите и ускорява размножаването им. Тъй като чувствителността е намалена, диабетиците не усещат болка от инфектираните участъци.

В резултат на множество бактерии се задействат колагенази, които разграждат колагена в дермата на кожата.

Антраксът има кожна, инхалационна и стомашно-чревна форма.Антракс е заболяване, причинено от бактерият Bacillus anthracis. Това е грам-положителен, пръчковиден или кълбообразен микроорганизъм, който се развива при оптимални температури 35-36 °C, а също и в диапазона 15-40°C. След като навлезе в организма образува капсули за защита, а във външната среда е във вид на спори. В градинска почва тези спори могат да запазят жизнеспособността си до 15 години, в морска вода 8-12 години, в отпадни води до 3 години. Различни методи за консервиране им помагат да оцелеят дълго и в хранителните продукти. Могат да бъдат инактивирани от дезинфекционни средства.

Антраксът е известен още и като заболяването синя пъпка, сибирска язва, въглен и злокачествен оток. Това е остро заразно заболяване, което се разпространява главно от трупове на заразени и умрели домашни и диви животни. При хората заразяването е чрез контакт със заразени животни, почва, месо и предмети, които са били в контакт. Ежегодно в света боледуват около 8000-9000 души. В миналото антраксът е бил значително разпространен и в България.

Бактерията, която причинява антракс навлиза през наранената кожа по откритите части на тялото и лигавиците. Дори и минимални лезии по повърхностния епител на кожата помагат на бактериите да проникнат, да започнат да се размножават и да отделят специфични токсини. На входното място се развива оток и некроза на тъканите. Първо се образува пъпка, подобна на ухапване от насекомо, която се превръща в мехурче. Няколко часа по-късно мехурчето потъмнява, а около него се оформя зачервена зона с възпаление. В кожата се развива некроза и тя се покрива с тъмночерна, подобна на въглен кора. Оттук идва името на болестта anthrax, което на гръцки означава въглен. 20% от нелекуваните случаи завършват със смърт.

Бацилите започват да проникват в лимфните съдове. Част от тях загиват, а друга проникват в кръвообращението и предизвикват сепсис.

При инхалационната форма първоначалните форми наподобяват настинка. След няколко дни се появява затруднено дишане, а болестта често завършва със смърт.

Стомашно-чревната форма на антракс е с повръщане и висока температура, последвани от болки в корема, повръщане на кръв и тежка диария. Смъртността е около 50%.

Лечението трябва да започне в началния стадий и е с антибиотици. Ваксинациите са ефективни и осигуряват защита при спазване на сроковете.

В изследването от 1953 г. Gelatinase and Collagenase Production by certain Species of Bacillus [4] са изследвани 53 щама от 6 вида на рода Bacillus за способността да произвеждат желатиназа и да разрушават колаген от кости. Някои щамове като B. cereus и B. anthracis са произвели пълна колагеназа, която е довела до цялостно разпадане на колагена. Други щамове като B. subtilis, B. licheniformis, B. brevis и B. megaterium са или напълно неактивни или произвеждат само частично разрушаване на колагена.

Най-голяма активност е била показана от Bacillus cereus. От 7 изследвани щама, пълно разрушаване на колаген се е случило в 5 щама за 3 дни и в 6 щама за 5 дневни посявки.

Щамовете на Bacillus anthracis също са довели до пълно разпадане на колагена, въпреки че не са били толкова бързодействащи като Bacillus cereus. В рамките на 3 дни нито един от 8 щама на бактерията, която предизвиква антракс, не е показала активност. След 5 дни инкубационен период 4 от 8 щама са предизвикали пълно разпадане на колагена, а 3 щама - частично разпадане.

Въпреки че е известно, че много бактерии атакуват денатурирания колаген във формата на желатин, сравнително малко щамове са показали, че могат да разграждат натуралния колаген. Това изследване от 1953 г. доказва, че някои щамове от рода Bacillus могат да произведат истински колагенази.

Pseudomonas aeruginosa причинява вътреболнични инфекцииPseudomonas aeruginosa e често срещана капсулирана, грам-отрицателна, пръчковидна бактерия, която може да причини заболявания при растения, животни и хора. Среща се в почвата, водата, кожната микрофлора и повечето от създадените от човека предмети. Процъфтява не само в нормална атмосфера, но и в среди с ниско съдържание на кислород и по този начин колонизира естествени и изкуствено създадени среди. Използва широка гама от органични материали за храна. Инфектирането с тази бактерия води до общо възпаление и сепсис.Това е най-честата причина за развитие на инфекции след изгарянето, както и при отити на външното ухо.

Ако подобни патогени колонизират белите дробове, пикочната система и бъбреците краят може да е смъртоносен. Тъй като процъфтява на влажни повърхности, тази бактерия вирее в медицинското оборудване, включително и катетри и причинява вътреболнични инфекции. 1 от 10 болнични инфекции е от Pseudomonas.  Инфекцията може да се пренесе и от ръцете на медицинския персонал. В редки случаи може да причини пневмонии, придобити в обществото или след вдишване. Пациентите с муковисцидоза са предразположени към инфекция на белите дробове с P. aeruginosa. Бактерията също е често срещана причина за обрив след използване на вани и басейни с гореща вода. Това води и до възпаление на ухото. Обувките за тенис, които имат меки стелки също са прекрасно място за развитие на бактерията, която може да атакува диабетиците.

Размножаването на Pseudomonas aeruginosa в човешкото тяло може да протече без никакви симптоми, докато бактериите не образуват устойчиви биофилми, с които имунната система не може да се справи. Подобни биофилми се откриват в белите дробове на хора с кистозна фиброза.

Бактерията разчита на желязо като хранителен източник за растежа си. То обаче не е лесно достъпно и не се среща често в околната среда. Обикновено желязото се намира в неразтворима форма. Освен това прекалено високите нива на желязо могат да са токсични за бактерията. За да преодолее това и да регулира оптималния прием на желязо Pseudomonas aeruginosa използва сложни механизми.

Тя е развила резистентност към много антибиотици и затова следва да се правят посявки, преди да се предпише подобно лекарство. Профилактиката с пробиотични бактерии може да предотврати колонизацията и развитието на инфекция. Рискът от заразяване може да бъде намален чрез избягване на застояли топли води в басейни, редовна дезинфекция или подмяна на оборудване, което често е в досег с влага като контактните лещи, често измиване на ръцете. Въпреки всичко нищо не може на 100% да ни предпази от често срещащата се в околната среда  P. aeruginosa.

Плацентата е богата на колагенВ блога на aloha.bg вече сме писали за ролята на колагена по време на бременност

Плацентата е временен орган, който съществува единствено при бременните жени. Изграждането ѝ започва още преди майката да разбере, че е бременна през 3-тата седмица от бременността и продължава до третия месец. Както писахме по-горе последния етап от раждането приключва с отделянето на плацентата. Тя приема и предава кислород и хранителни вещества от кръвта на майката към плода с помощта на пъпната връв. Още от зората на човечеството към този временен орган има специално отношение. Първо, дори и малко парченце, останало в тялото на майката след раждане може да доведе до инфекция и смърт.

В изследването от 1986 г. Specific Cleavage of Human Type III and IV Collagens by Pseudomonas aeruginosa Elastase [5] от човешка плацента е получен разтворим натурален колаген тип I, III, IV и V.

Колаген тип II е извлечен от човешки хрущял на коляно. За целите на изследването различните типове колаген се обработват при температура 25 ° С, която е доста под температурата на денатурация на колагена.

Резултатите от изследването показват, че бактерията Pseudomonas aeruginosa разгражда натуралния човешки колаген тип III и IV чрез разцепване на фрагменти. Освен това както споменахме колагените имат омрежени връзки. Бактерията може да разцепи тези връзки между трите спирални молекули на колаген тип I. Колаген тип I и III се срещат в кожата и са отговорни за зарастването на рани и вида на образувания белег. Споменахме, че окото е богато също на колаген. В проучване на роговицата на заек от 4 до 6 чаша след инжектиране на бактерии се наблюдава разрушаване на фибрилите на колаген тип I.  Колаген тип II и V не са разрушени.

Амнионът или амниотичната мембрана, която се нарича и околоплодна мембрана е най-вътрешния слой на плацентата. Тъй като е богата на колаген още от 1910 г. е позната като заместител на увредена кожа. Подпомага зарастването на раните и образуването на епителни клетки. Бактериалната вагиноза често е отговорна за преждевременното разкъсване на тази мембрана и преждевременното раждане.

В изследването от 1986 г.Protease production by microorganisms associated with reproductive tract infection. [6] са изследвани 30 аеробни и 25 анаеробни щама микроорганизми, които са изолирани от долния генитален тракт на жени с преждевременно разкъсване на мембрани, хориоамнионит (инфекция на амниотичната кухина) и следродилна инфекция. Микроорганизмите  Bacteroides bivius, Bacteroides melaninogenicus, Bacteroides fragilis, Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Pseudomonas aeruginosa, вид Proteus и Propionibacterium acnes могат да увредят колагена, да допринесат за преждевременно разкъсване на мембраните и спонтанен аборт или преждевременно раждане според гестационната седмица, в която се е случило.

Устна кухина.

Заболяванията на зъбите и венците могат да нарушат функциите на други органиВече отговорихме на въпроса дали венците са изградени от вид съединителна тъкантъй като те свързват зъбите с костите на челюстите. Според Енциклопедия Британика венците, наричани още гингива от анатомична гледна точка са съставени от съединителна тъкан, покрита със слизеста мембрана.  Те покриват костите на челюстта и се намират в съседство около зъбите.

Гингивиални фибри от колаген придържат устойчиво зъба към венеца, но не и зъбите към алвеоларната кост, която спомага за задържането на зъбите над челюстта. Здравите зъби стимулират и пазят костната тъкан, като загубата на зъб винаги е свързана и със загубата на част от костта.

Гингивалните колагенови фибри имат редица важни функции.

Именно те оформят структурата на маргиналната гингива, осигуряват ѝ достатъчно твърдост и са основните защитници срещу пародонтозата. Тъй като нямат свойството да се регенерират сами, се оформят подвенечни джобове, в които навлиза бактериална плака.

Обикновено в тъканта на венците се съдържат 99% от  колаген тип I и тип III в съотношение 5:1, а 1% е тип IV. Когато има опасност от навлизане на бактерии около върха на корена се образува мека тъкан, подобна на венец – гранулационна. Тя служи за защита. Колкото по-дълго е отворен кореновия канал и бактериите свободно навлизат, толкова по-голям е и гранулома. Разрастването му е за сметка на бавното стопяване на костта. В новообразуваната защитна тъкан първоначално преобладава колаген тип III, който постепенно узрява и стига до 20% от общия колаген. При изваждане на зъби съотношението на колаген тип V към тип I се увеличава и постепенно намалява след като зарасне раната и се образуват новите кръвоносни съдове.

Prevotella melaninogenica  е вид бактерия в нормалната флора на горните дихателни пътища. Тя е важен човешки патоген при различни анаеробни инфекции. При растежа си бактерията образува кръгови колонии, които потъмняват в рамките на 1-2 седмици. През 1921 г. бактерията е описана като Bacteroides melaninogenicus. През 1982 г. вече е ясно, че някои от тези Bacteroides melaninogenicus всъщност са Bacteroides loescheii. През 1990 г. B. melanogenicus е преименуван на Prevotella melaninogenica.

Изследването от 1960 г. Degradation of collagenous substrates by Bacteroides melaninogenicus [7] разглежда деградирането на колаген от Bacteroides melaninogenicus (наименование по старата класификация). Използвани са 13 щама от устна кухина B. melaninogenicus, 14 щама от чревен тракт, изолирани от анални тампони и 3 щама от стомах. За целта на изследването е извлечен колаген от кожите на млади морски свинчета. Всичките 30 щама на бактерията разлагат колагена от 20 до 95%. Най-активни са щамовете, извлечени от устната кухина. Културите на бактериите достигат максимален растеж след 2-3 денонощия, но тогава не е отчетено разграждането на колагена. Освен това е използвана и човешка гингивиална тъкан, отстранена по време на лечение за пародонтоза. Тази тъкан също е разградена от бактерията. Оптималното pH за колагенолиза е в диапазона pH 6.8-7.3. По-киселинни или алкални среди причиняват рязък спад на активността. Освен това бактериите и произвежданите от тях ензими са топлинно лабилни. Достатъчни са 10 минути нагряване до 60° С, за да се намали активността с 65%. B. melaninogenicus е първата бактерия от устната кухина, за която е доказано, че хидролизира естествения колаген. Освен това тази бактерия атакува желатин, казеин, яйчен албумин и плазмени протеини.

Бактериите, които причиняват пародонтоза разграждат колагена във венците. Porphyromonas gingivalis принадлежи към вида Bacteroidetes и е грам-отрицателна, пръчковидна, анаеробна патогенна бактерия, която отделя черни пигменти. Намира се в устната кухина, горната част на стомашно-чревният тракт и дебелото черво. Изолиран е и от жени с бактериална вагиноза. Ин-витро проучване е доказало, че P. gingivalis може да участва в разграждането на колагена в гингивиалните фибри дори и при наличие на значителни концентрации на антибиотици. Пациентите с ревматоиден артрит имат повишена честота на пародонтоза, въпреки че имат значително количество антитела срещу тази бактерия. Освен това бактерията има способността да разрушава имуноглобилини на имунната система. След като успее да разгради колагена във венците заздравяването на тъканите е затруднено.

Въпреки че се среща в ниска степен в устната кухина, P. gingivalis може да повлияе на баланса на бактериите. Благодарение на други патогенни бактерии освен увреждането на венците се получава увреждане и на костите на челюстите, които също съдържат колаген.

Зъбната плака, която зъболекарите ни препоръчват редовно да почистване се състои от подобни микроорганизми, някои от които след нарастването си образуват тъмни петна, видими с просто око. Porphyromonas asaccharolytica, Porphyromonas endodontalis, Prevotella intermedia и Prevotella melaninogenica са микроорганизми, които също доказано могат да разграждат колаген.

В изследването от 1988 г. Degradation of basement membrane collagen by proteases from some anaerobic oral microorganisms [8] отново разглежда разграждането на базалната мембрана на венците от колаген тип IV от микроорганизми в устната кухина. Оказва се, че Bacteroides gingivalis и Treponema denticola са с най-голяма способност да разграждат тази мембрана, която е важна бариера пред микроорганизмите. Ограничено разцепване на колагена се отчита от Bacteroides asaccharolyticus, Bacteroides endondontalis и Capnocytophaga ochracea. Незначително увреждане е отчетено от Bacteroides intermedius, Actinobacillus actinomycetemcomitans и Fusobacterium nucleatum.

Treponema denticola не може да разгради колаген тип I.

Вече писахме, че дентинът е основното вещество, което изгражда по-голямата част на зъба.

Дентинът в човешките зъби се състои от:

  • 72% неорганични вещества (главно хидроксилапатит и някои некристални аморфни калциеви фосфати,
  • 20 % органични вещества (90% от които са колаген тип I, а останалите са други вещества)
  • 8% вода (адсорбирана върху повърхностите на минералите или между кристалите)

Тъй като дентинът е значително по-мек от емайла, той се разгражда много по-бързо. Образуват се големи кухини. Притежава силно еластични свойства и дава добра опора на емайла, който е прекалено крехък.

В дентина има различни региони, които могат да бъдат разпознати по структурните си различия. Например най-външния слой, известен като мантиен дентин, се намира в короната на зъба и съдържа колагенови влакна, които са разположени перпендикулярно на емайла. Дентинът край корена на зъба има зърнеста структура. Най-вътрешният слой пък е известен като предентин и представлява първоначална матрица на дентин преди минерализация.

Подобно на процедурите crosslinking за лечение на очни заболявания, и при зъбите може да се приложи подобно омрежване и уякчаване на влакната колаген с помощта на витамин B2 и ултравиолетово лъчение.

Всъщност разграждането на дентина, който съдържа колаген е отново повлияно от различни микроорганизми, които могат да атакуват зъба и под венците.

Колагенови структури на окото 

Ролята на колагена в човешкото окоМогат да бъдат разделени според функцията, която изпълняват:

  • Роговица – прозрачна тъкан, която съдържа фини колагенови влакна с еднакъв диаметър и висока степен на пространствена организация
  • Склера – непрозрачна тъкан, мрежа от плътно преплетени колагенови влакна
  • Стъкловидно тяло – полизахариден гел, който съдържа малко количество колагенови фибри
  • Капсула на лещата – очевидно аморфна форма, основна мембранна структура
  • Ретина – пигментиран епител – типична базова мембрана
  • Ирис – снабден с мускули, кръвоносни съдове и нерви.

В роговицата (корнея) присъстват влакнестите колагени, като те са  около 90% от сухото тегло. Поради прецизното организиране в пространството, еднаквия диаметър и форма, тя е прозрачна. Счита се, че съдържа главно колаген тип I, въпреки че според някои изследвания там присъстват също и малки количества от други типове колаген като II, III и V. Тези разминавания са свързани с различната възраст на изследваните.  Например с увеличаване на възрастта колаген тип V се увеличава.

Отново различни бактерии, сред които Pseudonomas aeruginosa и Staphylococcus aureus атакуват окото и причиняват увреждания като Бактериален кератит.

Имунната система води епични битки за защита на организма от патогенни микроорганизми. Профилактиката може да се извършва с имуностимуланти, пробиотични бактерии и имунизации срещу определени щамове бактерии. Лечението може да се осъществява с антибиотици, насищане на тъканите с кислород при анаеробна инфекция, хирургично отстраняване на увредените тъкани и пр. 

Основният проблем е, че с увеличаване на възрастта синтезът на колаген в човешкия организъм намалява чувствително. Това се проявява с бръчките по кожата, болките в ставитепропускливите червапоявата на хернияслабостта на сухожилиятакървенето на венцитекариесите и дори някои очни заболявания.

Всички споменати увреждания са свързани с разрушаването на колаген посредством бактерии или дисбаланс между синтез на новообразуван колаген и естествена деградация. Някои от бактериалните инфекции, които предизвикват колагенази са смъртоносни, ако не се лекуват в първите дни.

Можете да помогнете на тялото си като нанасяте локално натурален колаген със запазена структура на тройната спирала, както и да приемате хранителни добавки с колаген тип I или колаген тип II

Използвани източници:

1. Bacterial Collagenases and Collagen-Degrading Enzymes and Their Potential Role in Human Disease

2. Anaerobic Pathogenesis: Collagenase Production by Peptostreptococcus magnus and Its Relationship to Site of Infection 

3. Cellilitis.

4. Gelatinase and Collagenase Production by certain Species of Bacillus

5. Specific Cleavage of Human Type III and IV Collagens by Pseudomonas aeruginosa Elastase

6. Protease production by microorganisms associated with reproductive tract infection. 

7. Degradation of collagenous substrates by Bacteroides melaninogenicus

8. Degradation of basement membrane collagen by proteases from some anaerobic oral microorganisms