โรคทางช่องปากเป็นปัญหาที่สำคัญอย่างหนึ่งเพราะการติดเชื้อแบคทีเรียต่างๆส่งผลต่อการดำเนินชีวิตในสังคม เช่น การเกิดกลิ่นปาก เป็นต้น ซึ่งโรคทางช่องปากที่พบบ่อย คือ ฟันผุเกิดจากหลายปัจจัยร่วมกัน เช่น พันธุกรรม สิ่งแวดล้อมและพฤติกรรม เป็นต้น โดยสาเหตุสำคัญ คือ แบคทีเรียกลุ่มสเตรปโตค็อกไค (Streptococci) ซึ่งเป็นแบคทีเรียแกรมบวก เช่น Streptococcus mutans, S. oralis, S. sanguinis, S. sobrinus และ Lactobacillus spp. เป็นต้น ที่ทำให้เกิดฟันผุได้เนื่องจากแบคทีเรียย่อยน้ำตาลที่ติดอยู่เป็นคราบบนฟันในคนที่ทำความสะอาดหรืออาหารติดซอกฟันเพื่อเอาไปใช้ในการสร้างกลูแคน (glucan) โดยการย่อยสลายทำให้ pH ต่ำ ซึ่งสภาวะเป็นกรดทำให้เคลือบฟันเสียแร่ธาตุในที่สุดสูญเสียเนื้อฟัน ผลที่เกิด คือ มีกลิ่นปาก ทำให้เหงือกอักเสบและปวดฟัน การเบาเทาอาการเบื้องต้น คือ ทานยาแก้ปวด หรือใช้น้ำยาบ้วนปากซึ่งเป็น ผลิตภัณฑ์ที่ช่วยฆ่าแบคทีเรียซึ่งลดกลิ่นปากได้ (Papapanou et.al., 1998) นอกจากนี้โรคทางช่องปากที่พบบ่อยอีกชนิดหนึ่ง คือ การเจ็บคอซึ่งสาเหตุเกิดจากแบคทีเรียหลายๆ ชนิด ที่พบบ่อย คือ Group A beta haemolytic Streptococcus, Staphylococcus aureus ซึ่งจะทำให้ผู้ป่วยมีไข้สูง หนาวสั่น เจ็บคอ กลืนลำบากร้าวไปถึงหู ทำให้ต่อมน้ำเหลืองที่คางบวมโต ซึ่งการรักษา คือ ใช้ยาต้านจุลชีพกลุ่มเพนนิซิลิน (กรีฑาและคณะ, 2548) สำหรับแบคทีเรียที่ใช้ในงานวิจัยนี้เป็นแบคทีเรียแกรมบวก คือ Streptococcus mutans และ Lactobacillus spp.
Streptococcus mutans
ลักษณะทั่วไป
Streptococcus mutans เป็นแบคทีเรียแกรมบวก รูปร่างกลม (Gram-positive cocci) ขนาด 0.5-0.75 µm เรียงตัวเป็นสายสั้นๆหรือสายยาวปานกลาง ไม่สามารถเคลื่อนที่ได้ (non-motile) เมื่อทดสอบ catalase ให้ผลลบ ถ้าเพาะเลี้ยงบนอาหาร blood agar (BA) และบ่มในสภาวะไม่มีออกซิเจน (anaerobic) เป็นเวลา 2 วัน โคโลนีจะมีสีขาวหรือเทา รูปร่างกลมหรือไม่แน่นอน (irregular) ขนาด 0.5-1.0 µm (ภาพ 1) บางครั้งโคโลนีจะค่อนข้างแข็ง มีแนวโน้มที่จะเกาะติดบนผิวอาหาร ไม่สลายเม็ดเลือดแดง (alpha or non-hemolytic) แต่มีโอกาสพบ beta-hemolytic บนอาหารที่มีส่วนผสมของ sucrose เช่น mitis salivarius agar (MSA) หรือ trytone, yeast extract, cystine (TYC) agar ซึ่งโคโลนีจะมีรูปร่างขรุขระกองทับกัน ขนาด 1.0 µm บางครั้งจะพบโคโลนีมีลักษณะคล้ายเม็ดบีดส์ droplets หรือของเหลวซึ่งเกิดจากเชื้อสร้าง extracellular polysaccharide หรือ glucan ที่ไม่สามารถละลายน้ำได้อยู่รอบๆโคโลนี แต่บางครั้งจะพบเป็นแบบผงเรียบๆหรือเป็นเมือก (Sneath et al. 1986) S. mutans ส่วนใหญ่สามารถเจริญเติบโตได้ดีในสภาวะที่มีอากาศ หรือ มี N2 + CO2 หรือ CO2 เป็นหลัก แต่จะเจริญได้ดีในสภาวะที่ไม่มีอากาศ อุณหภูมิที่ทำให้สามารถเจริญได้ดี คือ 37?C และสามารถเจริญได้ที่อุณหภูมิสูงสุด 45?C และต่ำสุดที่ 10?C (Sneath et. al. 1986)
ความสำคัญทางการแพทย์
Streptococcus mutans มีบทบาทสำคัญในการเริ่มต้นทำให้เกิดโรคฟันผุที่ผิวฟันและรากฟัน (Takahashi and Nyvad, 2010)
โรคฟันผุ
โรคฟันผุเป็นโรคที่พบบ่อยในช่องปากจัดเป็นโรคติดเชื้อที่มีสาเหตุจากแบคทีเรียประจำถิ่นในช่องปาก โรคฟันผุเกิดจากการทำลายเนื้อเยื่อของฟันเฉพาะที่โดยเกิดการสูญเสียแร่ธาตุ (demineralization) จากภาวะความเป็นกรดที่เกิดจากการย่อยสลายอาหารจำพวกคาร์โบไฮเดรตของแบคทีเรียบางชนิดในคราบจุลินทรีย์ (dental plaque) หรือ biofilm ได้แก่ mutans streptococci (S. mutans และ S. sobrinus) และ lactobacilli (Loesche, 2007)
กลไกการก่อโรคฟันผุของ Streptococcus mutans
1. Adhesion
ความสามารถในการยึดเกาะของเชื้อ S. mutans เป็นปัจจัยหลักในการเกิดคราบจุลินทรีย์ หรือ biofilm ที่ผิวฟัน ซึ่งจะเกิดฟันผุตามมาโดยจะขึ้นกับปัจจัยหลัก 3 ประการ ดังนี้
1.1. Sucrose – independent adhesion
เป็นการยึดเกาะโดยใช้โปรตีนที่เรียกว่า antigen I / II เป็นโปรตีนที่มีขนาด 185 kDa โปรตีนชนิดนี้สามารถพบได้ใน Streptococcus sp. ที่อยู่ในช่องปากสายพันธุ์อื่นๆได้ด้วย (Ma et al., 1995) โดยมีระบบเรียกแตกต่างออกไป เช่น P1, Spa, O, Sr, Pac และ antigen B โปรตีนในกลุ่ม antigen I / II จะมีโครงสร้างของส่วนที่เหมือนกันแต่มีบางส่วนที่ต่างกันจึงทำให้ความสามารถในการยึดเกาะกับโปรตีนต่างๆในน้ำลายแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับชนิดของเชื้อ (Petersen et al., 2002) ส่วนสำคัญของโปรตีน antigen I / II ที่ใช้ยึดเกาะกับโปรตีนอื่นๆในน้ำลาย คือ alanine-rich และ proline-rich ซึ่งจะยึดเกาะกับเยื่อผิว หรือ pellicle ที่เป็นส่วนสำคัญในการเกิดคราบจุลินทรีย์ (Yu et. al., 1997)
1.2. Sucrose – dependent adhesion
Streptococcus mutans เป็นแบคทีเรียที่สร้างเอนไซม์ glucosyltransferase (GTF) จากการใช้น้ำตาล sucrose เพื่อการสังเคราะห์ glucan โดยการย่อยสลาย sucrose เป็น glucose และ fructose และ glucose เชื่อมต่อกันเป็น polymer ของ glucan ซึ่งใน S. mutans มียีน gtf 3 ชนิด ที่ควบคุมการสร้าง glucan ได้แก่
gtf B โดยทั่วไปเรียกว่า gtf I ควบคุมการสังเคราะห์ glucan ชนิดที่ไม่ละลายน้ำ (insoluble glucan) ที่มีโครงสร้างเป็นกิ่งก้านของ alpha-1,3 glycosidic
gtf C โดยทั่วไปเรียกว่า gtf IS ควบคุมการสังเคราะห์ glucan ทั้งชนิดที่ไม่ละลายน้ำและสามารถละลายน้ำ (soluble glucan) ได้ ส่วนมากเป็น glucan ที่มีโครงสร้างเป็นสายตรงของ alpha-1,6-glycosidic
gtf D โดยทั่วไปเรียกว่า gtf S ควบคุมการสังเคราะห์ glucan ชนิดที่สามารถละลายน้ำได้ มีโครงสร้างเป็นเส้นตรงของ alpha-1,6 glycosidic
glucan มีความสำคัญในการทำให้เชื้อ S. mutans ยึดเกาะและตั้งถิ่นฐาน (colonization) บนพื้นผิวได้ รวมทั้งเป็นตัวกลางให้แบคทีเรียชนิดอื่นมายึดเกาะติดและรวมกันที่ผิวฟันด้วย (ภาพ 1) จึงก่อให้เกิดเป็นคราบจุลินทรีย์ หรือ biofilm ที่ยากต่อการกำจัดออก (Bowen and Koo, 2011)
1.3. Glucan binding protein (GBP)
เป็นโปรตีนที่ยึดเกาะกับ glucan ซึ่ง S. mutans มีโปรตีน 3 ชนิด คือ GBP A, GBP B และ GBP D โปรตีนเหล่านี้มีความสำคัญในการสร้าง biofilm ของเชื้อและมีส่วนก่อโรคฟันผุ (Matsumura et. al., 2003)
ภาพ 1 Model of Gtf-glucan-mediated bacterial adherence and carcinogenic biofilm development
(Bowen and Koo, 2011)
2. Acidogenicity
Streptococcus mutans มีความสามารถในการสร้างกรดจากการใช้น้ำตาลโดยผ่านกระบวนการ glycolytic และการหมัก (fermentation) ได้กรดต่างๆ ได้แก่ lactic, formic, propionic, butyric และ acetic acid นอกจากนี้ได้เอทานอล ปริมาณกรดที่สร้างได้จะแตกต่างกันขึ้นอยู่กับสภาวะในการเจริญเติบโต ในสภาวะที่มี glucose จำนวนมากจะได้กรด lactic เป็นส่วนใหญ่ (Paes Leme et. al., 2006) จากการศึกษาพบว่า S. mutans ที่มีเอนไซม์ lactate dehydrogenase (LDH) ลดลง ความสามารถในการก่อโรคฟันผุจะลดลงและหากขาดเอนไซม์ LDH อย่างสิ้นเชิง S. mutans จะตายในที่สุด เพราะว่าในขั้นตอนการเปลี่ยนจาก pyruvate ไปเป็นกรด lactic และได้พลังงานออกมาจะต้องอาศัยเอนไซม์ LDH การขาดเอนไซม์ชนิดนี้จะมีผลต่อการสร้างกรดและการอยู่รอดของ S. mutans ด้วย (Hillman et. al., 1996)
การสร้างกรดของ S. mutans ในคราบจุลินทรีย์หรือ biofilm จะทำให้สภาวะแวดล้อมใน biofilm มีความเป็นกรดมากจึงเป็นสภาวะที่เหมาะสมสำหรับแบคทีเรียที่สร้างกรดและทนกรดได้เจริญเติบโตได้นาน (ภาพ 2) และหากสภาพความเป็นกรดใน biofilm มี pH ต่ำกว่า 5.5 จะทำให้เกิดกระบวนการสูญเสียแร่ธาตุและเกิดฟันผุตามมา (Loesche, 1986)
ภาพ 2 Cariogenic biofilm formation (Jeon et. al., 2011)
3. Aciduricity หรือ acid-tolerance
S. mutans มีความสามารถในการทนกรดจึงสามารถมีชีวิตรอดได้ใน biofilm แม้ว่าสภาพ pH ใน biofilm จะต่ำกว่า pH 4.0 และแบคทีเรียที่สร้างกรดและทนกรดสายพันธุ์อื่นๆยังสามารถเจริญเติบโตได้ด้วย (Svensater et. al., 1997) โดยความสามารถในการทนกรด ขึ้นอยู่กับกลไกต่างๆ ดังนี้
3.1 การรักษาสภาพกรด-ด่างในเซลล์
Streptococcus mutans สามารถสร้างกรดได้โดยการขับกรดออกจากเซลล์ผ่านผนังเซลล์จากการใช้เอนไซม์ ATPase หรือ F-ATPase เพราะจากกรดมีความเข้มข้นต่อการทำงานของเซลล์ ทำให้ความสามารถในการทนกรดขึ้นกับระดับเอนไซม์ F-ATPase ซึ่งมีความแตกต่างกันใน streptococci สายพันธุ์ต่างๆในช่องปาก (Bender et. al., 1986) ถ้าระดับเอนไซม์ F-ATPase เพิ่มขึ้นจะทำให้สภาวะความเป็นกรดในเชื้อ S. mutans ลดต่ำลง pH เพิ่มขึ้นและมีการเปลี่ยนแปลงที่เยื่อหุ้มเซลล์เพื่อลดการนำเข้าของประจุบวกรวมทั้งขับสารที่เป็นกรดออกสู่ภายนอกเซลล์ แบคทีเรียจึงสามารถทนความเป็นกรด-ด่างได้ (Matsui and Cvitkovitch, 2010)
3.2การเหนี่ยวนำการทำงานของ DNA และการสร้างโปรตีน
สภาวะความเป็นกรดมีผลต่อการเหนี่ยวนำการทำงานของยีนบางตัวและการทำงานของเอนไซม์ ได้แก่ การมีผลต่อเอนไซม์ที่ใช้สร้างกรด lipoteichoic และเอนไซม์เคลื่อนย้ายโปรตีน (protein translocation) เอนไซม์เหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการสร้างเยื่อหุ้มเซลล์ สภาวะความเป็นกรดจึงมีผลต่อโครงสร้างของเยื่อหุ้มเซลล์แบคทีเรีย เช่น ในสภาวะที่ค่า pH ลดต่ำลงกว่า 5.0 จะทำให้ลดประสิทธิภาพในการเพิ่มกลุ่ม D-alanine esters มีผลทำให้โครงสร้างเยื่อหุ้มเซลล์เปลี่ยนแปลงไป เกิดการเพิ่มการส่งออกประจุบวกมากขึ้น pH จึงลดต่ำลง (Matsui and Cvitkovitch, 2010)
เนื่องจากโรคฟันผุเป็นปัญหาทางด้านสาธารณสุขที่สำคัญในประเทศพัฒนาและกำลังพัฒนาโดยเฉพาะประเทศกำลังพัฒนาจะมีการดูแลรักษาช่องปากค่อนข้างต่ำเพราะการถูกจำกัดจำนวนด้านงบประมาณในการดูแลรักษา สถานที่รักษาและบุคลากรทางการแพทย์ไม่เพียงพอ หลายประเทศจึงหาแนวทางป้องกันและรักษาโรคฟันผุที่มีประสิทธิภาพปลอดภัยและประหยัด ผลิตภัณฑ์ธรรมชาติจึงเป็นทางเลือกที่รักษาโรคฟันผุได้ เช่น ฤทธิ์ของสารสกัดCaesalpinia ferrea (Sampaio et. al., 2009), Allium sativum (Bakri and Douglas, 2005) Harungana madagascariensis (Moulari et. al., 2006) และเมล็ดองุ่นแดง (Smullen et. al., 2007) ซึ่งมีฤทธิ์ในการต้านเชื้อ S. mutans นอกจากนี้สารสกัดพืชหลายชนิดมีฤทธิ์ต่อกลไกการก่อโรคของเชื้อชนิดนี้ ได้แก่ ฤทธิ์ลดการผลิตกรด ลดการสร้างเอนไซม์ GTF รวมทั้ง glucan ที่มีผลต่อการสร้างคราบจุลินทรีย์ หรือ biofilm ของแบคทีเรีย เช่น สารสกัดจาก Dryopteris crassirhizomz (Ban et. al., 2012), Rosmarinus officianalis, Salvia officianalis, Camellia sinensis (Smullen et. al., 2012), Vaccinium macrocarpon (Yamanaka et al., 2004) และ Aralia continentalis (Lee et. al., 2011)
ชาเมี่ยง (Camellia sinensis var. assamica)
ใบชาเมี่ยง มีองค์ประกอบเคมีที่สำคัญเป็นสารในกลุ่มของ Flavonoids และ polyphenols อื่นๆ โดยเฉพาะสารในกลุ่มที่เรียกว่า คาเทชิน (flavanols) ซึ่งพบว่ามีอยู่ในใบเมี่ยงสดเป็นจำนวนมาก (Engelhardt, 2010) โดยมีปริมาณถึง 60-70 % ของปริมาณโพลิฟีนอลทั้งหมด (Higdon and Frei, 2003) สารกลุ่มคาเทชินที่มีมากในใบเมี่ยงสด คือ (-)-epigallocatechin gallate (EGCG), (-)-epigallocatechin (EGC), (-)-epicatechin gallate (ECG) and (-)-epicatechin (EC) (Wang et. al., 2000) ปริมาณคาเทชินแต่ละชนิดในใบเมี่ยงสดที่เก็บจากแหล่งพื้นที่ที่ต่างกันมีปริมาณมากน้อยแตกต่างกันไปในแต่ละพื้นที่โดยพบคาเทชินชนิด EGC, EGCG, EC และ ECG ในปริมาณมาก ส่วนคาเทชินชนิด GC, GCG, C และ CG พบในปริมาณน้อย (สายลมและคณะ, 2552) จากการศึกษา พบว่า คาเทชิน (catechins) ในใบชา มีศักยภาพในการเป็นสารต้านออกซิเดชัน (antioxidant) ป้องกันการเหม็นหืนโดย catechins ทำหน้าที่เป็นตัวขัดขวางหรือหยุดปฏิกิริยาต่อเนื่องของอนุมูลอิสระ (free radical chain terminator) ตัวจับออกซิเจน (oxygen scavenger) หรือเป็น chelating agent ของโลหะ เป็นต้น และ catechins เป็นตัวจับอนุมูลอิสระ (free radical scavenging) ได้สูงกว่าวิตามินซี (vitamin C หรือ ascorbic acid) และวิตามินอี (vitamin E หรือ tocopherol) เพื่อป้องกันการเสื่อมของเซลล์จากอนุมูลอิสระ (Vison et.al., 1995) สาร proanthocyanidins เป็น gallate อีกชนิดหนึ่งที่มีประสิทธิภาพในการเป็น antioxidants ที่สามารถป้องกันการเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของ low-density lipoprotein (LDL) ซึ่งเป็นปัจจัยที่จะก่อให้เกิดโรคหัวใจ (coronary heart disease) ได้ (Keli et. al., 1996) สาร catechins แสดงฤทธิ์ยับยั้งจุลินทรีย์ (antimicrobial activity) โดยสามารถยับยั้ง Staphylococcus mutans และสามารถไปกำจัดการยึดติดของจุลินทรีย์นี้และยับยั้งการทำงานของ glycosyl transferase activity (Saknnaka et. al., 1989)
