E1 Chemisch-biologische Schnittstelle

Thema

Die chemisch-biologische Grenzfläche der Mundhöhle wird durch das Zusammenspiel zweier Elemente bestimmt: Zahnbelag (auch dentaler Biofilm genannt) und Speichel. Während Zahnbelag diese Grenzfläche tendenziell ansäuert, neutralisiert Speichel sie und stellt das Gleichgewicht wieder her. Der Zustand der chemisch-biologischen Grenzfläche der Mundhöhle hängt daher jederzeit vom Gleichgewicht zwischen diesen beiden gegensätzlichen Elementen ab. Zahnbelag ist eine organisierte mikrobielle Gemeinschaft in einer extrazellulären Matrix, die an der Zahnoberfläche haftet. In dieser extrazellulären Matrix leben die Bakterien, die die chemisch-biologische Grenzfläche der Mundhöhle ansäuern.

Die Bakterien im Zahnbelag verstoffwechseln fermentierbare Zucker aus der Nahrung und produzieren organische Säuren wie Milchsäure, Ameisensäure und Essigsäure. Diese organischen Säuren senken den lokalen pH-Wert des Zahnbelags unter den kritischen pH-Wert für die Schmelzdemineralisierung, der bei Hydroxylapatit etwa 5,5 und bei Fluorapatit etwa 4,5 beträgt. Dies löst die für Karies beschriebene Auflösung des Zahnschmelzes aus.

Die Geschwindigkeit, mit der Bakterien im Zahnbelag fermentierbare Zucker verstoffwechseln, steigt nicht unbegrenzt mit der Menge der verfügbaren fermentierbaren Zucker. Anfänglich nimmt diese Stoffwechselrate mit zunehmender Zuckermenge rasch zu, doch sobald die Bakterien im Zahnbelag nahezu ihre maximale Kapazität erreicht haben, führt die Zugabe weiterer fermentierbarer Zucker kaum noch zu einer Steigerung der organischen Säureproduktion. Als Reaktion auf diese Versauerung wirkt der Speichel als Puffer: Er neutralisiert die vom Zahnbelag produzierten organischen Säuren mithilfe zweier Puffersysteme – eines auf Basis von Bicarbonat und Kohlensäure und eines auf Phosphatbasis. Durch diese Neutralisierung stellt der Speichel den lokalen pH-Wert wieder her, den die Bakterien im Zahnbelag gesenkt hatten.

Neben der Neutralisierung organischer Säuren versorgt der Speichel den Zahnschmelz mit dem Kalzium und Phosphat, das er zur Remineralisierung benötigt. Dieser Remineralisierungsprozess konkurriert mit der durch die organischen Säuren im Zahnbelag verursachten Demineralisierung und entscheidet so über den Mineralaufbau oder -verlust des Zahnschmelzes.

Die vom Zahnbelag produzierten organischen Säuren erreichen den Zahnschmelz nicht sofort. Stattdessen müssen sie durch den Biofilm selbst und den Speichelfilm diffundieren, eine dünne Schicht aus Speichelbestandteilen, die die Zahnoberfläche bedeckt. Je dichter der Biofilm oder Speichelfilm ist, den die organischen Säuren durchdringen müssen, desto langsamer verläuft diese Diffusion und desto länger dauert es, bis der lokale pH-Wert in der Nähe des Zahnschmelzes die neu produzierten organischen Säuren widerspiegelt.

Wenn eine Person Zucker zu sich nimmt, lässt sich diese Wechselwirkung zwischen Zahnbelag und Speichel anhand der Entwicklung des lokalen pH-Werts im Zahnbelag verfolgen: Der lokale pH-Wert sinkt in den ersten Minuten rapide, da die Bakterien im Zahnbelag den neu aufgenommenen Zucker verstoffwechseln und organische Säuren produzieren. Anschließend erholt er sich deutlich langsamer, da der Speichel diese organischen Säuren neutralisiert und den lokalen pH-Wert auf seinen Ausgangswert zurückführt. Dieser rasche Abfall, gefolgt von einer langsamen Erholung, fasst in einer einzigen Dynamik das Gleichgewicht zwischen Ansäuerung und Neutralisierung zusammen, das die eingangs beschriebene chemisch-biologische Schnittstelle der Mundhöhle definiert.

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