Schutzmechanismen in der Mundhöhle

Peroxidase in der Pellikel

Es ist bekannt, dass sich auf allen Zahnoberflächen innerhalb kürzester Zeit die Pellikel ausbildet, ein Schutzfilm aus Proteinen und Glykoproteinen. Die Pellikel ist der Mediator zwischen dem bakteriellen Biofilm und den Zahnoberflächen. Bislang sind jedoch die Funktionen der Pellikel und ihre durch Enzyme repräsentierten biokatalytischen Eigenschaften noch nicht vollständig erforscht. In der vorgestellten Untersuchung wurde die Peroxidase systematisch untersucht. Diese Arbeit wurde mit dem Wrigley-Prophylaxepreis 2008 ausgezeichnet.

Die Mundhöhle ist ein offenes System, über das neben Speisen und Getränken auch Bakterien und diverse aggressive Noxen in den menschlichen Organismus gelangen. Es existieren verschiedene physiologische Mechanismen zum Schutz der oralen Hartund Weichgewebe vor diesen äußeren Einflüssen. Dazu zählt neben dem Speichel mit seinen verschiedenen Inhaltsstoffen auch die Pellikel [6]. Hierbei handelt es sich um eine Schutzschicht aus Speichelproteinen und Glykoproteinen, die sich innerhalb kürzester Zeit auf allen oral exponierten Oberflächen ausbildet. Die Pellikelbildung verläuft dabei hochselektiv, das heißt, nur ein Teil der in der Mundhöhle vorhandenen Biomoleküle ist in der Pellikel vorhanden [6]. Die Pellikel bildet sich zwar auf allen oralen Hart- und Weichgeweben aus; sie hat jedoch auf den Zahnhartsubstanzen eine exponierte physiologische Bedeutung: Bei den Zähnen handelt es sich um sogenannte non-shedding-surfaces, Oberflächen, die sich nicht durch Abschilferung von Epithelzellen erneuern. Hier wirkt die Pellikel als Lubrikant, als „Zahnoberhäutchen“.

Enzyme sind Biokatalysatoren

Enzyme sind Biokatalysatoren und wichtige funktionelle Komponenten von Speichel und Pellikel [3]. Verschiedene physiologische Schutzmechanismen in der Mundhöhle werden durch Enzyme vermittelt. So ist beispielsweise das antibakterielle Lysozym in aktiver Form in der Pellikel und im Speichel vorhanden [4]. Die in der Pellikel immobilisierten Enzyme weisen dabei oft Eigenschaften auf, die vom freien Speichelenzym abweichen. Die Proteinstruktur verändert sich und damit oft die Affinität zum Substrat [3]. Neben Bakterien müssen in der Mundhöhle auch freie Radikale, Wasserstoffperoxid und andere Peroxide entgiftet werden, um oxidativen Stress zu vermeiden. Das wichtigste antioxidative Enzym in der Mundhöhle ist die Peroxidase [2, 9]. Die orale Peroxidaseaktivität wird zum Großteil durch Speichelperoxidase aber auch durch Myeloperoxidase aus Leukozyten repräsentiert [2, 9]. Außerdem hat die Peroxidase antibakterielle Eigenschaften, da sie die Anhaftung von Streptokokken beeinträchtigt und bakterielle Enzyme inhibiert [7, 11]. Sie synthetisiert zudem antimikrobiell wirksames Hypothiocyanat [8]. Peroxidase wirkt somit synergistisch zu Lysozym. Die Peroxidaseaktivität der in der Mundhöhle gebildeten In-situ-Pellikel wurde bislang noch nicht systematisch charakterisiert [3]. In der vorliegenden In-situ-Studie wurde die Enzymaktivität mit einem fluorogenen Farbstoff nachgewiesen. Außerdem wurden die Peroxidasemoleküle in der Pellikel mit einem Immunolabellingverfahren elektronenmikroskopisch visualisiert. Zur Pellikelbildung wurden bovine Schmelzproben mithilfe von individuellen Tiefziehschienen von sechs Probanden für 3, 30 und 120 min in der Mundhöhle getragen [5]. In allen untersuchten Pellikelproben waren Peroxidasemoleküle detektierbar (Abbildung 1). Bereits nach 3 min war eine deutliche Enzymaktivität messbar. Dabei wurde die an der Oberfläche detektierbare Enzymaktivität nicht von der oralen Expositionsdauer oder von der Lokalisation in der Mundhöhle beeinflusst. Somit zeigt die Pellikel bereits innerhalb kürzester Zeit volle biologische Aktivität. Typisch für Peroxidasen ist, dass sie im Gegensatz zu anderen Enzymen durch ihr eigenes Substrat Wasserstoffperoxid irreversibel gehemmt werden [1, 10]. Dieses Phänomen wurde für Meerrettichperoxidase und auch für Speichelperoxidase beschrieben [1, 10]. Daher wurden in der vorliegenden Untersuchung auch die Einflüsse relevanter Hemmstoffe auf die Peroxidase in Speichel und Pellikel untersucht. Polyphenolhaltige Getränke (Schwarzer Tee, Rotwein) und Wasserstoffperoxid hemmen Speichelperoxidase konzentrationsabhängig. Auch bei Spülungen mit schwarzem Tee oder Rotwein wird die Peroxidase in der In-situ-Pellikel zunächst vollständig inaktiviert und regeneriert in den anschließenden 40 min nur langsam. Nach Applikation eines Whitestrips® für 30 min wird die Peroxidaseaktivität der Pellikel ebenfalls inhibiert, erreicht aber nach 40 min wieder die durchschnittliche Aktivität (Abbildung 2). Die Regeneration der Peroxidaseaktivität der Pellikel ist auf den turnover, das heißt die Erneuerung der Pellikel durch Adsorption intakter Peroxidasemoleküle aus dem Speichel zurückzuführen. Aufgrund der Gerbwirkung der Polyphenole in Tee und Rotwein verläuft dieser Prozess nach Konsum dieser Getränke deutlich verlangsamt.

Fazit der Studie

Neben grundlegenden wissenschaftlichen Erkenntnissen zur biologischen Funktion der Pellikel können auch für die Praxis gewisse Schlussfolgerungen gezogen werden, um oxidativen Stress für die oralen Gewebe zu vermeiden. Nach der Applikation von Bleichmitteln sollten über 40 min keine oxidativen Noxen wie Tabakrauch in die Mundhöhle gelangen, da der Schutzmechanismus der Peroxidase inaktiviert ist. Andererseits sollten vor dem Bleichen keine polyphenolhaltigen Getränke konsumiert werden.

PD Dr. Christian Hannig
Prof. Dr. Elmar Hellwig
Abteilung für Zahnerhaltungskunde und Parodontologie
Universität Freiburg
Hugstetter Str. 55, 79106 Freiburg i. Brsg.

Prof. Dr. Matthias Hannig
Klinik für Zahnerhaltung
Parodontologie und Präventive
Zahnheilkunde,
Universitätsklinikum des Saarlandes
Gebäude 73, 66421 Homburg/Saar

Die Ergebnisse sind detailliert in einer aktuellen Publikation dargestellt:Hannig C, Spitzmüller B, Knausenberger S, Hoth-Hannig W, Hellwig E, Hannig M:  Detection and activity of peroxidase in thein situ formed enamel pellicle. Arch Oral Biol 2008 Sept;53(9):849-58.Epub 2008 Apr 18.

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