KRONİK TONSİLLİTTE BİOFİLMİN ROLÜ
Transcript of KRONİK TONSİLLİTTE BİOFİLMİN ROLÜ
T. C.Taksim Eğitim ve Araştırma Hastanesi
KBB KliniğiŞef: Doç. Dr. Mehmet Külekçi
KRONİK TONSİLLİTTE BİOFİLMİN ROLÜ
(UZMANLIK TEZİ)
Dr. Zafer ÇİFTÇİ
İstanbul 2005
1
ÖNSÖZ
Taksim Eğitim ve Araştırma Hastanesi, Kulak Burun Boğaz Kliniğinde
geçirdiğim 5 yıl boyunca desteğini her zaman yanımda hissettiğim, gerek
hekimlik yaşamımda gerekse sosyal yaşamımda kendime örnek aldığım sayın
hocam Doç. Dr. Mehmet Külekçi'ye, asistanlığım boyunca her an, her konuyu
danışabildiğim ve tüm sıkıntılarımı paylaşabildiğim sayın uzman abilerim Op.
Dr. Özbil Erkan, Op. Dr. Mete Alioğlu, Op. Dr. Murat Topak, Op. Dr. Ömer
Necati Develioğlu ve Op. Dr. Erdoğan Gültekin'e, birlikte gülüp, birlikte
hüzünlendiğim sevgili arkadaşlarım Op. Dr. Ayşe Aslı Şahin ve Op. Dr. Öner
Çelik'e ve diğer tüm asistan arkadaşlarıma,
Sevgili aileme ve dostluklarını kalbimde hissettiğim tüm arkadaşlarıma sonsuz
teşekkürlerimi sunarım...
2
1. GİRİŞ: ...........................................................................................................1 – 3
2. GENEL BİLGİLER: ................................................................................... 4 – 48
1. PALATİN TONSİLLERİN ANATOMİSİ: .........................................................5 – 6
2. PALATİN TONSİLLERİN İMMÜNOLOJİSİ: ................................................. 7 – 9
3. PALATİN TONSİLLERİN BAKTERİYOLOJİSİ: ...........................................10
4. TONSİLLİTİN KLİNİK ÖZELLİKLERİ: .........................................................11– 12
5. AKUT TONSİLLİTİN KOMPLİKASYONLARI: ............................................ 12
6. TONSİLLEKTOMİ ENDİKASYONLARI: ....................................................... 12 – 14
7. KRONİK TONSİLLİTTE MEDİKAL TEDAVİYE
YANITSIZLIKTA ÖNE SÜRÜLEN TEORİLER: ....................................................15
8. BİOFİLM NEDİR? ........................................................................................ 16 – 19
9. BİOFİLM TARİHÇESİ: ............................................................................... 20 – 22
10. NEDEN BİOFİLM OLUŞTURULUR? ........................................................23 – 25
11. BİOFİLM GELİŞİMİNİN BEŞ EVRESİ: ................................................... 26 – 27
12. QUORUM – SENSING MEKANİZMALARI: ........................................... 28 – 29
13. BİOFİLM BAKTERİSİ - PLANKTONİK BAKTERİ
KARŞILAŞTIRILMASI: .............................................................................................29
– 30
14. DOĞADA BİOFİLM: ............................................................................................................. 31
– 34
15. FAYDALI BİOFİLMLER: ....................................................................................................34
– 35
16. TIBBİ ENFEKSİYONLAR VE BİOFİLM İLİŞKİSİ: ........................................................ 36
– 40
17. BİOFİLM ENFEKSİYONLARININ ORTAK ÖZELLİKLERİ: .......................................41
18. BAKTERİYEL BİOFİLMLER NEDEN ANTİMİKROBİYAL İLAÇLARA
DİRENÇLİDİR? ......................................................................................................................42
– 44
19. BİOFİLM VE KBB ENFEKSİYONLARI ARASINDAKİ İLİŞKİ: .................................. 45
– 47
20. BİOFİLM VE KRONİK TONSİLLİT ARASINDAKİ İLİŞKİ: .........................................48
3. MATERYAL VE METOD: .......................................................................................48
– 50
3
4. SONUÇLAR: .............................................................................................................. 50
– 53
5. TARTIŞMA: ............................................................................................................... 54
– 57
6. BİOFİLMLERLE MÜCADELEDE YENİ UFUKLAR: ........................................ 58
– 61
7. REFERANSLAR: …………………………………………………………61 – 64
4
GİRİŞ:
Pediatrik popülasyonda morbiditeye yol açan patolojilerin başında enfeksiyon
hastalıkları gelmektedir. Gerek çocuklarda, gerekse erişkinlerde üst solunum yolu
enfeksiyonları arasında ilk sırayı ‘akut tonsillit’ almaktadır (1, 2).
Akut veya kronik tonsillitin yaratmış oldukları morbidite, olası komplikasyonlar,
uygulanan medikal veya cerrahi tedavi, uygulanan tedavinin getirebileceği morbidite ve
komplikasyonlar ve iş gücü kaybı gibi faktörler göz önünde bulundurulduğunda, karşı
karşıya olduğumuz tablonun büyüklüğü daha da belirgin hale gelmektedir. Roos ve ark.
tarafından İsveç’te yapılan bir çalışmada, bir tonsillit atağında ortalama hastalık süresi 7
gün ve hastalık sonrası iyileşme dönemi 5 gün olarak saptanmıştır. Bu süre içerisinde iş
gücü kaybı, uygulanan medikal tedavinin maliyeti gibi parametreler değerlendirilerek, bir
tonsillit atağının toplam maliyetinin 385 Amerikan doları olduğu hesaplanmıştır (3). Üst
solunum yolu enfeksiyonlarının yarattığı morbiditeye bağlı olarak, 1996 yılında Amerika
Birleşik Devletleri'nde (ABD) okula giden her yüz çocuğun yılda toplam 152 gün okula
devamsızlık yaptığı bildirilmiştir (4).
Tek bir tonsillit atağının erken dönemde getirdiği maliyete ek olarak, tekrarlayan
atakların ve olası komplikasyonların tedavi maliyeti de ekonomik yükü artırmaktadır.
Uygun medikal tedavi kullanılmasına rağmen tekrarlayan tonsillit atakları tonsillektomiyi
5
kaçınılmaz hale getirmektedir. Operasyon gerektiren durumlar da bu tabloya eklenince
akut tonsillitin parasal açıdan, iş gücü kaybı açısından ve beraberlerinde getirdiği
morbidite ve mortalite açısından ne kadar önemli bir sağlık sorunu olduğu ortaya
çıkmaktadır. Kronik tonsillit nedeniyle tonsillektomi uygulanan hasta sayısında dünya
çapında azalma eğilimi olmasına rağmen, bu sayı hala oldukça yüksektir. Tonsillektomi
sayısındaki bu düşüşün, uygun antibiyoterapinin uygun süreler boyunca kullanılması,
sağlık bakım hizmetlerine ulaşabilen hasta sayısında artış olması ve ameliyat kararının
verilmesinde daha objektif kriterlerin göz önünde bulundurulması gibi faktörlere bağlı
olduğu düşünülmektedir. ABD’nde 1971 yılında yapılan tonsillektomi sayısı 1019 x103
ten 1987 yılında 259 x 10 3 e düşmüştür. Buna karşılık İskoçya'da gerçekleştirilen
tonsillektomi sayısında azalma yerine artış söz konusudur. 1977 yılında gerçekleştirilen
tonsillektomi sayısı 12.447 iken 1990 yılında bu değer 12.652 olarak bildirilmiştir (5).
Yaşam kalitesi ve verimlilik üzerine bu denli olumsuz etkileri olan kronik tonsillitin
patogenezini aydınlatmaya yönelik bugüne kadar bir çok çalışma yapılmış ve bir çok teori
öne sürülmüştür. Duyarlı mikroorganizmalara karşı uygulanan medikal tedaviye rağmen
enfeksiyonun neden tekrarladığı veya medikal tedaviye neden direnç oluştuğunu
açıklayabilmek amacıyla bir çok teori öne sürülmüştür. Öne sürülen teoriler arasında: 1)
kommensal organizmaların eliminasyonu, 2) viral patojenlerin varlığı, 3) streptokokların
epitelyal hücrelere internalizasyonu, 4) farklı bakteriyel patojenlerin varlığı ve 5) biofilm
oluşumu yer almaktadır (6).
Bu teorilerden en sonuncusu ve en ilgi çekeni ise biofilm teorisidir. Bu teoriye göre
kronik tonsillitin oluşumunun altında yatan faktör tonsil yüzeyinde oluşturulan bakteriyel
6
biofilmlerdir. Biofilmler, bakterilerin bir araya gelerek oluşturdukları toplumsal bir yaşam
modelidir. Bu model aslında çok eskilere dayanan bir prokaryotik sağ kalım stratejisidir.
Bakteriyel biofilmlerin insanlarda görülen hastalıklarla ilişkisi bir süredir bilinmesine
rağmen, özellikle otorinolarengolojik hastalıklar ve biofilmler arasındaki ilişki yeni yeni
belirlenmeye başlanmıştır. Geçtiğimiz yıllarda yapılan çalışmalarda
kronik otitis media ve kolesteatoma ile biofilmler arasındaki ilişki ortaya konmuş (7) ve
endotrakeal tüpler (8), ses protezleri (9) ve timpanostomi tüplerinin üzerlerinde de (10)
biofilm oluştuğu gösterilmiştir.
Kronik tonsillit ve biofilm oluşumu arasındaki ilişkiye dikkat çeken ilk ve tek çalışma
(11) Chole ve ark. tarafından transmisyon elektron mikroskobu kullanılarak
gerçekleştirilmiştir. Biz bu çalışmada, kronik tonsillit nedeniyle tonsillektomi
uyguladığımız hastaların tonsillerinin yüzeyinde biofilm varlığını tespit etmek amacıyla
tarama elektron mikroskobu kullandık ve elde ettiğimiz sonuçları literatür ışığı altında
tartıştık.
7
GENEL BİLGİLER:
Akut tonsillit, çocuklarda sık görülen hastalıklardan biridir. En az bir veya iki tonsillit
atağı geçirmemiş bir çocuğun bulunması oldukça güçtür. Bu ataklar özellikle çocuğun ilk
defa çok sayıda çocukla karşılaştığı bir dönemde, yani anaokulu veya ilkokula başlarken
görülür.
Çocuklarda akut tonsillitin bakteriyolojisi ve boğazın normal florası hem ilgi
uyandırıcı hem de şaşırtıcıdır. Yapılan birçok çalışmada "akut tonsillit" anamnezi olan
çocuklardan alınan boğaz kültürlerinin, sağlıklı çocuklardan alınan boğaz kültürlerinden
farklı olmadığı gösterilmiştir (12).
Çocuklarda akut tonsillitin gelişmesinden en çok sorumlu tutulan organizmanın ne
olduğu konusunda hala şüpheler mevcuttur. Bir virüs enfeksiyonunun tonsillit atağı
başlatarak bakteriyel enfeksiyona zemin hazırladığı öne sürülmüştür. Bununla beraber
Adenovirüsler, Ebstein-Barr virüsü ve Herpes Simplex virüsü tek başlarına tonsillit
nedeni olabilmektedirler. Tonsillite neden olan bakteriler arasında en sık Beta-hemolitik
streptokoklar, Streptococcus pneumoniae ve Haemophilus influenzae ile karşılaşılır.
Yüzey sürüntülerinde %32 oranında anaerobların varlığı saptanmıştır fakat bunun
anlamlılığı bilinmemektedir (12).
8
PALATİN TONSİLLERİN ANATOMİSİ:
Palatin tonsiller Waldeyer halkasındaki en büyük lenfoid doku birikimini temsil
ederler. Lingual ve farengeal tonsillerin aksine kendilerine kompakt bir yapı kazandıran
bir kapsüle sahiptirler (Resim 1).
Resim 1: Palatin tonsilin kapsülünü gösteren histolojik kesit
Tonsiller üzerlerinde stratifiye skuamöz epitelle kaplı ve yüzeyden derinlere doğru
uzanan kript adı verilen girintiler bulundurur ( Resim 2).
9
Resim 2: Tonsillektomi spesimeninin görünümü
Tonsillerin arteryel kanlanmaları oldukça zengindir. Primer olarak alt polden tonsile
giren dorsal lingual arterin tonsiller dalı, fasiyal arterin asendan palatin dalı ve fasiyal
arterin tonsiller dalı ile üst kutuptan gelen asendan farengeal arter ve lesser palatine arter
kanlanmayı gerçekleştirir. Venöz dönüş ise bir peritonsiller pleksus aracılığıyla lingual ve
farengeal vene ve daha sonra internal juguler vene doğru gerçekleşir. Lenfatik drenaj
çoğunlukla jugulodigastrik nodlara doğrudur. Tonsillerin innervasyonu ise
glossofarengeal sinirin tonsiller dalları ve lesser palatin sinirin desendan dalları tarafından
gerçekleştirilir.
10
PALATİN TONSİLLERİN İMMÜNOLOJİSİ:
Periferik kanda izlenen T hücre lenfositlerin hakimiyeti, tonsiller doku içerisinde
yerini B hücresine bırakır. B lenfositler tonsiller doku içerisinde tüm lenfositlerin %50 –
65 ini oluşturur. T hücrelerinin ve matür plazma hücrelerinin yüzdeleri ise sırasıyla 40 ve
3 tür. Tonsillerin immünreaktif lenfoid hücreleri 4 farklı alanda bulunur: retiküler hücreli
epitel, ekstrafolliküler alan, lenfoid folikülün mantle zonu ve lenfoid follikülün germinal
merkezi (Resim 3).
Resim 3: Palatin tonsil içerisindeki lenfoid folikülün germinal merkezi
11
Tonsillerin sekretuar immünoglobulin üretimini düzenleyici olduğuna ve sekretuar
immüniteyi indüklediğine dair bir çok kanıt vardır. Bağırsaklardaki epitelde bulunan
Peyer plaklarına benzer bir şekilde antijen alımını sağlayabilen özelleşmiş bir endotel ile
döşeli kanallardan oluşan bir sisteme sahiptirler. Tonsiller, hava yolu ile gelen
antijenlerin dışarıdan, lenfoid hücrelere direkt olarak taşınmasını sağlayan bir yapıya
sahiptirler. Vücudun diğer bölgelerinde ise lenf nodlarında antijenik sunum sadece
efferent lenfatikler aracılığıyla gerçekleşir. Tonsiller kriptler stratifiye skuamöz epitelle
kaplıdırlar. Her bir tonsilde 10 – 30 adet kript bulunmaktadır ve yabancı materyali
yakalayarak lenfoid foliküllere taşıyacak şekilde konumlanmışlardır (Resim 4).
Resim 4 : Yabancı maddenin kriptler aracılığıyla lenfoid foliküllere taşınmasıE :Epitel LT : Lenfatik doku Ok: Tonsiller kript
12
Tonsiller sekonder lenfatik organlar arasında yer alır. İntratonsiller savunma
mekanizmaları zayıf antijenik sinyalleri elimine ederler. Germinal merkezlerde antijene
duyarlı B hücrelerinin proliferasyonu sadece yüksek antijen konsantrasyonlarının
varlığında ortaya çıkar. Düşük antijen dozları ise lenfositlerin plazma hücrelerine
dönüşmelerine neden olur. Tonsillerin germinal merkezlerinde B hücrelerinin
üretilmesinin, tonsillerin en önemli fonksiyonlarından biri olduğu Siegel tarafından öne
sürülmüştür.
Tonsiller lokal çevrelerinde antikor üretebildikleri gibi, farenkse ve periglandüler
lenfoid dokulara migrasyon yapan B hücreleri ile başka bölgelerde de antikor üretimine
katkıda bulunurlar. Tonsillerin T hücrelerinde interferon-gamma gibi önemli
lenfokinlerin üretiminin olduğu gösterilmiştir fakat bu hücrelerin tümör yanıtında rol
oynayıp oynamadıkları halen bilinmemektedir.
İnsan tonsilleri immünolojik olarak en aktif dönemini 4 – 10 yaşlar arasında yaşar.
Puberteden sonra tonsillerin involüsyonu gerçekleşir. Bu dönemde B hücresi sayısı
azalmış ve T / B hücresi oranında rölatif bir artış gerçekleşmiştir. Antikor üretim
fonksiyonları oldukça etkilenmesine rağmen, klinik olarak sağlıklı tonsillerde 80 yaşında
bile anlamlı derecelerde B hücresi aktivitesi izlenebilmektedir. Bununla beraber bu
durum, rekürren tonsillit ile ilişkili olarak ortaya çıkan değişikliklerden farklıdır.
Retiküler kript epitelinin rekürren inflamasyonu sonucu immünolojik olarak aktif
hücreler lümeni doldurur ve antijen transport fonksiyonu engellenmiş olur. Bunun
sonucunda da kript yüzeyi epiteli stratifiye skuamöz epitele dönüşür. Bu değişiklikler
lokal B hücresi sisteminin aktivasyonunun azalmasına, antikor üretiminin azalmasına ve
B hücresi yoğunluklarında ve ekstrafolliküler alanlardaki germinal merkezlerin
sayılarında azalmaya neden olur (13).
13
PALATİN TONSİLLERİN BAKTERİYOLOJİSİ:
Üst solunum yolunda normal floranın oluşması doğumda başlar. 6 – 8. aylarda
Actinomyces, Fusobacterium ve Nocardia edinilir. Daha sonra oral floranın bir parçası
olarak Bacteroides, Leptotrichia, Propionobacterium ve Candida yerleşimi olur. Diş
çıkarılmasından sonra Fusobacterium popülasyonu artış gösterir ve 1 yaşında zirve
değerlere ulaşır. Tükürükteki anaerobik / aerobik bakteri oranı yaklaşık 10:1 dir.
5 yaşına kadar olan sağlıklı çocukların oral floralarında aerobik patojenler bulunabilir.
Ingvarsson, Lundgren ve Irving sağlıklı çocuklarda %19 oranında Streptococcus
Pneumoniae, %13 oranında Haemophilus influenzae, %5 oranında A grubu Streptococcus
ve %36 oranında ise Moraxella Catarrhalis izole etmişlerdir. Yaşın artması ile birlikte
immünitede de artış izlenir ve bu oranlarda azalma izlenir.
14
TONSİLLİTİN KLİNİK ÖZELLİKLERİ:
Tonsil dokusundaki hastalıklar dört kategoride ele alınabilir: akut tonsillit, rekürren
akut tonsillit, kronik tonsillit ve obstrüktif tonsiller hiperplazi.
Akut tonsillit, ani başlangıçlı ve üşüme – titreme ataklarının izlendiği bir klinik seyir
izler. Hastada 390 C'ye kadar yükselebilen ateş ve boğaz ağrısı izlenir. Katı gıdaların alımı
özellikle inflamasyonun maksimum olduğu dönemlerde çok güçleşir.Bazen febril
konvülsiyonlar görülebilir. Hastada ağrılı servikal lenfadenopatiler saptanabilir. Fizik
muayenede tonsiller eritematöz bir görünümdedir. Tonsiller kriptlerin içerisinde sarı-
beyaz pürülan eksuda birikintileri bu tabloya eşlik edebilir. Bu tablonun 4 haftadan az
olmak koşuluyla, aralıklarla tekrarlaması durumunda rekürren akut tonsillitten bahsedilir.
Hastanın boğaz ağrısı veya odinofajisinin 4 haftadan daha uzun sürmesi durumunda,
tablo kronik tonsillit adını alır. Kronik tonsillitle ilişkili semptomlar tonsillolitiazis,
halitosiz, tonsiller üzerinde aşırı debris, peritonsiller ödem ve persistan hassas servikal
lenfadenopati varlığıdır. Fizik muayenede eritem, yüzeydeki damarların dilatasyonu ve
nispeten pürüzsüz bir tonsil yüzeyi dikkat çeker. Tonsiller obstrüktif tonsiller hiperplazi
tablosundaki tonsillerin aksine küçülmüş olarak izlenir.
Obstrüktif tonsiller hiperplazide horlama, disfaji ve ses değişiklikleri gibi semptomlar
izlenir. Yetişkinlerde gün içerisinde aşırı uykululuk hali en sık izlenen semptom olduğu
halde, çocuklarda azalmış okul performansı ve noktürnal enürezis gibi semptomlar
izlenebilir.
15
AKUT TONSİLLİTİN KOMPLİKASYONLARI:
Akut tonsillitin komplikasyonları iki başlık altında incelenebilir: süppüratif
komplikasyonlar ve süppüratif olmayan komplikasyonlar. Akut romatizmal ateş,
poststreptokokkal glomerulonefrit ve kızıl akut tonsillitin süppüratif olmayan
komplikasyonlarıdır. Süppüratif komplikasyonlar ise enfeksiyonun lokal yayılım
göstererek abse oluşturma eğilimi göstermesinin bir sonucudur. Bu komplikasyonlar
arasında servikal adenit, retrofarengeal veya parafarengeal abse, peri tonsiller abse,
intratonsiller abse, inflamatuar tortikolis, hemorajik tonsillit ve postanginal sepsis
(Lemierre hastalığı) yer alır.
TONSİLLEKTOMİ ENDİKASYONLARI:
Palatin tonsillerin enfeksiyöz veya inflamatuar hastalıkları özellikle çocukluk çağında
geçirilen hastalıkların önemli bir kısmını oluşturmaktadır. Medikal tedaviye yanıtsızlık
veya tonsiller hipertofiye bağlı semptomların ortaya çıkması ile tonsillektomi seçeneği
kaçınılmaz hale gelmektedir. Amerika Birleşik Devletleri’nde 1950'li yıllarda
gerçekleştirilen tonsillektomi sayılarının yılda 1.4 milyona kadar ulaştığı, daha sonra bu
sayının 1979 yılında 500.000'e indiği bilinmektedir. 1986 yılında ise bu sayının
azalmasına rağmen hala 287.00 olduğu bildirilmiştir. İskoçya'da 1977 yılında
tonsillektomi sayısı 12.447 iken 1990 yılında 12.652 olarak bildirilmiştir (4).
İdeal olarak, herhangi bir cerrahi prosedür önerilmeden önce sorunun objektif bir
şekilde değerlendirilmesi gereklidir. Bir cerrahi girişim hasta ve hekimin subjektif
16
kararlarına dayandırıldığı oranda etkinliğini yitirir. Aslında tonsillektomi, büyük oranda
çocuğun ebeveynlerinin değerlendirmelerine dayandırılarak gerçekleştirilen
operasyonların başında gelir. Oysa hekim, bunlardan etkilenmeden objektif bir karar
vermek durumundadır.
Geçtiğimiz 30 yıl içerisinde tonsillektomi endikasyonları daha belirgin hale gelmiştir.
Tonsillektominin kesin endikasyonları disfaji, solunum güçlüğü, klinik olarak anlamlı
obstrüktif uyku apne ve alveolar hipoventilasyon veya kor pulmonale'dir. Malignite ve
kontrol edilemeyen tonsiller kanama gibi nadir görülen durumlar da, tonsillektominin
kesin endikasyonları arasındadır. Paradise ve ark. (1984) rekürren tonsilliti olan
çocuklardaki boğaz enfeksiyonlarının sıklığının, tonsillektomiyi takip eden ilk iki yıl
içerisinde anlamlı derecede azaldığını ortaya koymuşlardır (14). Son 3 yıl içerisinde her
bir yılda en az 3, son iki yıl içerisinde her bir yılda en az 5, ve son bir yılda en az 7 kez
tonsillit atağı geçirmiş olmak şeklinde tanımladıkları rekürren tonsilliti, tonsillektomi
endikasyonu olarak kabul etmişlerdir. Her bir atağın mutlaka doktor tarafından
tanımlanması gerekmektedir çünkü yaptıkları çalışmada ailelerden alınan anamnezin
yanıltıcı olabildiği ortaya çıkmıştır. Daha önce bir kez peritonsiller abse geçiren bir
hastanın ikinci bir peritonsiller atak geçirme çok yüksektir ve tonsillektomiden fayda
göreceği öne sürülmüştür. Obstrüktif uyku apnesi, büyüme ve gelişme geriliği, kor
pulmonale ve konuşma bozukluklarına neden olan tonsiller hiperplaziler de tonsillektomi
endikasyonları arasında yer alır.
17
Literatürde tonsillektomi endikasyonları arasında adı geçen diğer durumlar kalp kapağı
hastalıkları, tonsillolitiazis ve medikal tedaviye rağmen streptokokkal taşıyıcılık
durumunun devam etmesidir.
Bununla beraber Amerika Otolarengoloji - Baş ve Boyun Cerrahisi Akademisi [The
American Academy of Otolaryngology-Head and Neck Surgery (AAO-HNS)], yılda 3 ve
daha fazla sayıda tonsillit atağının varlığını tonsillektomi endikasyonu olarak
belirlemiştir. Maloklüzyon veya disfajiye yol açan hipertrofi, halitozis veya tek taraflı
tonsiller hipertrofi de endikasyonlar arasındadır. Tonsillektomi kararının verilmesinde
bireysel parametrelerin değerlendirilmesi önerilmiştir. Burada ebeveynlerin veya
çocukların tercihleri, korkuları ve hastalığı ne oranda tolere edebildikleri; hastalık
nedeniyle eğitimi aksayan çocuğun okul performansındaki değişiklikler, hastanın sağlık
bakım hizmetlerine ne derece ulaşabildiği, hastalığın tedavisi ve işgücü kaybının birlikte
getirdikleri maliyet artışı, ko-morbid hastalıklar ve perioperatif komplikasyonlar göz
önünde bulundurulmalı ve bu veriler değerlendirilerek operasyona karar verilmelidir.
18
KRONİK TONSİLLİTTE MEDİKAL TEDAVİYE YANITSIZLIKTA
ÖNE SÜRÜLEN TEORİLER:
Antibiyotik tedavisi, sonrası bakteriyel tonsillite neden olan grup A streptokokların
neden tam olarak eradike edilemediği araştırılmış ve bu durumu açıklayacak bir çok teori
öne sürülmüştür (6):
1) Kommensal organizmaların eliminasyonu
2) Viral patojenlerin varlığı
3) Streptokokların epitelyal hücrelere internalizasyonu
4) Farklı bakteriyel patojenlerin varlığı
5) Biofilm teorisi
Bakteriyel biofilmlerin insanlarda görülen kronik enfeksiyonlarda rol oynadıkları ve
sahip oldukları özellikler nedeniyle konvansiyonel terapötiklere yanıt vermedikleri
bilinmektedir. En detaylı şekilde incelenmiş biofilm olan dental plağın yanında, kistik
fibröz pnömonisi, endokardit, kronik prostatit, kronik sistit, böbrek taşları ve osteomiyelit
gibi hastalıkların da biofilm ile ilişkili oldukları gösterilmiştir. Kronik otitis media ve
kronik tonsillit gibi hastalıklarla bakteriyel biofilm oluşumu arasında ilişki olduğu da öne
sürülmüştür. Bu nedenle biofilm tanımın yapılması ve biofilmin tarihçesinin ve yapısal
ve fonksiyonel özelliklerinin açıklanması, biofilm ve hastalıklar arasındaki ilişkinin daha
iyi anlaşılabilmesi açısından gereklidir (15)
.
BİOFİLM NEDİR?
19
Mikroorganizmalar bir süre öncesine kadar, hızlı çoğalan ve tek başlarına hareket
ederek serbestçe dolaşan canlılar olarak görülmekteydi. Araştırmacılar bu yüzden bu güne
kadar, planktonik olarak da adlandırılan ve diğer bakterilerden bağımsız olarak, tek
başlarına dolaşan mikrobiyal hücrelerin davranışlarını incelemiş ve araştırmalarını bu
yönde geliştirmişlerdir. Bununla beraber, bakterilerin planktonik formdan çok, bir yüzeye
tutunarak ve biofilm adı verilen bir yapı oluşturarak hayatlarını devam ettirdiğine dair
kanıtların ortaya konduğu bir çok çalışma gerçekleştirilmiştir.
Biofilm, bir yüzeye yapışarak, belirli bir yapısal bütünlük içerisinde toplu halde
yaşayan ve birbirleriyle haberleşerek varlıklarının devamı için gerekli işlevlerin yerine
getirilmesini sağlayan bakterilerin oluşturduğu karmaşık bir organizasyondur. Bakteriler
ekstraselüler polimerik maddeler olarak da bilinen ve bir dizi polisakkarid, nükleik asit ve
protein içeren çamur veya balçık benzeri bir matriks içerisinde gömülü olarak bulunurlar.
Fosil kayıtlarından edinilen bilgiler prokaryotların 3 milyar yıldan daha uzun bir süreden
beri biofilmler içerisinde yaşadıklarını ortaya çıkarmışlardır (15).
Biofilmler inert veya canlı yüzeylerde oluşabilirler. Bu yüzeyler arasında canlı
dokular, medikal implantlar, endüstriyel veya içme suyu sistemlerinin boruları veya doğal
akuatik sistemler yer alır. Bakteriler bir yüzeye yapıştıktan ve biofilm oluşturduktan sonra
o yüzeyden hafif durulama ile uzaklaştırılamazlar. Biofilm matrikslerinin içerisinde
hücresel olmayan mineral kristalleri, korozyon partikülleri, kil veya çamur parçaları ya da
kan bileşenleri bulunabilir (16).
Yapılan araştırmalar, biofilmlerin sadece yüzeye yapışmış durumda bulunan ve
içerisinde mikroorganizmaların bulunduğu homojen bir tabakadan ibaret olmadığını,
20
bakterilerin belirli bir yapıya sahip, koordinasyon yeteneği bulunan fonksiyonel
toplulukların oluşturduğu biyolojik sistemler olduğunu ortaya koymuştur (17). Biofilmler,
matriksleri içerisinde yaşamlarını sürdüren hücrelere esansiyel besinlerin ve oksijenin
taşınmasına imkan tanıyan 'su kanallarına' sahip, çok tabakalı heterojen bir yapıya
sahiptirler (18). Tam hidrate ve canlı biofilm volümlerinin %15 hücre , % 85 matriks
materyali tarafından oluşturulduğu ve hücrelerin matrikslerinin çevrelediği farklı
yüksekliklerdeki 'kuleler' veya 'mantarlar' içerisinde bulundukları anlaşılmıştır (Resim 5)
(19).
Resim 5: Biofilmlerin yapısal elementlerini oluşturan kule veya mantar benzeri kümelenme gösteren
mikrokolonilerin şematik görünümü
Biofilm içerisinde yaşayan mikroorganizmalar tarafından sentezlenen polisakkaridler
biofilmin ana ekstraselüler komponentini oluşturur (Şekil 1). İçerisinde yaşayan
21
organizmaya bağlı olarak biofilm matriksi farklı özellikler taşıyabilir. Gram negatif
bakterilerin nötral veya polianyonik biofilmler oluşturduğu ve Gram pozitif bakterilerin
katyonik matriksler oluşturduğu bilinmektedir.
Şekil 1: Biofilmin 3 boyutlu görünümü. ( Çizim: Bryan Christie)
Donlan ve Costerton biofilm tanımını biraz daha geliştirmiş v
e biofilmleri aşağıdaki özelliklere sahip mikrobiyal hücrelerden oluşan hareketsiz bir
topluluk olarak tanımlamışlardır:
1) Hücreler irreversibl olarak bir substrata, ara yüze veya birbirlerine tutunmuşlardır.
2) Hücreler kendi ürettikleri ekstarsellüler polimerik maddelerden oluşan bir matriks
içerisinde gömülüdürler.
3) Büyüme hızları ve gen transkripsiyonları açısından serbest dolaşan türdeşleri ile
aralarında farklılıklar vardır.
22
Bu tanım çok önemlidir çünkü bir yüzeyde koloniler halinde tutunarak yaşayan bazı
mikroorganzimaların oluşturdukları her tabakaya ‘biofilm’ denilmemelidir. Gerçekte
biofilm olmayan bu topluluklar, bulundukları yüzeylerde planktonik hücre davranışı
sergilemeye devam ederler. Hiçbirinde biofilm içerisindeki bakterilerde izlenen rezistans
ve irreversibl yapışma gibi özellikler izlenmez. Bununla beraber, biofilm içerisindeki
hücrelerin zamanla matriksten koparak ayrıldıkları ve dolaşıma geçtikleri
unutulmamalıdır. Dolaşıma geçen bu hücreler, planktonik formda olmalarına rağmen,
ayrıldıkları topluluğun tüm rezistans karakterlerini taşımaktadırlar (19).
Bugüne kadar mikrobiyal biofilmlerin yapılarını incelemeye yönelik yapılan
çalışmalarda ışık mikroskopisi, transmisyon ve tarama mikroskopisi kullanılmış ya da
kavramsal modeller geliştirilerek biofilm yapısı aydınlatılmaya çalışılmıştır. Elektron
mikroskopisi için biofilm preparatı hazırlanması esnasında dehidrasyon veya
deformasyon gibi morfolojik değişiklikler ortaya çıkabilir ve fiksasyon esnasında %50 ye
varan küçülmeler izlenebilir. Biofilmlerin görüntülenmesinde kullanılan en yeni teknik
ise konfokal tarama elektron mikroskopisidir (KLTM). Bu teknikte transmisyon veya
tarama elektron mikroskopisinde karşılaşılan dehidrasyon veya deformasyon gibi
istenmeyen değişikliklerle karşılaşılmaz. Konfokal lazer tarama mikroskobu ilk olarak
1950’lerde icat edilmiştir fakat 1980'li yıllara kadar bakterilerin incelenmesinde hiç
kullanılmamıştır. KLTM kompleks yapıların optik dilimlerini ortaya çıkararak odak dışı
kalma gibi etkileri ortadan kaldırır. Eğer hücrelere floresans uygulanabilirse canlı
organizmaların izlenebildiği ve numune hazırlanmasını gerektirmeyen bir tekniktir (20).
BİOFİLM TARİHÇESİ:
23
Mikrobiyoloji tarihinin büyük bir kısmında, mikroorganizmalar primer olarak
planktonik hücreler olarak görülmüş ve zengin kültür ortamlarında gösterdikleri büyüme
özelliklerine göre tanımlanmışlardır. İlk olarak van Leeuwenhoek tarafından bildirilmiş
olan ‘mikroorganizmaların bir yüzey üzerinde tutunarak yaşayabildikleri’ şeklindeki
mikrobiyolojik fenomenin yeniden keşfedilmesi sonucu gerçekleştirilen çalışmalar,
yüzeyle ilişkili mikroorganizmaların (biofilmler) gen transkripsiyonu ve büyüme hızları
açısından farklı bir fenotip gösterdiğini ortaya koymuştur .
İlk olarak Heukelekson ve Heller, suda yaşayan mikroorganizmalarda 'şişe etkisi'ni
izlemişlerdir. Bu organizmalar, tutunabilecek bir yüzey bulmaları halinde, artmış aktivite
ve büyüme hızları sergilemekteydi. Deniz suyu içerisinde yaşayan mikroorganizmaları
inceleyen Zobell de, yüzeylerde bulunan bakteri sayısının, su içerisinde serbest dolaşan
bakteri sayısından çok daha fazla olduğunu ortaya koymuştur.
Bir atık su işleme ünitesindeki filtreleri inceleyen Jones ve ark., filtreler üzerinde
tutunmuş halde bulunan hücrelerin morfolojilerine bakarak, farklı mikroorganizmaların
bir arada bulunduklarını tesbit etmiştir. Rutenyum kırmızısı adı verilen spesifik bir
polisakkarid boyası kullanılarak, bu topluluklar içerisindeki hücreleri çevreleyen matriks
materyalinin polisakkarid olduğu belirlenmiştir.
1973 yılında Caracklis, endüstriyel su sistemlerindeki mikrobiyal toplulukları
incelemiş ve sadece yüzeye kuvvetle tutunmadıklarını, aynı zamanda klor gibi
dezenfektanlara karşı çok dirençli olduklarını da göstermiştir (16).
24
Characklis ve Marshall'da 1990 yılında uzaysal veya zamansal heterojenisite ve
inorganik yada abiyotik maddelerin biofilmin yapısındaki rolleri gibi , biofilmin diğer
tanımlayıcı özelliklerini açığa çıkararak bu teorinin doğruluğunu desteklemişlerdir .
Biofilmler aslında ilk olarak 17. yüzyılda Anton von Leeuwenhoek tarafından
tanımlanmışlardır. Bununla beraber o dönemde dişinin üzerindeki plaktan aldığı
sürüntüyü inceleyen ve mikroskop altında mikrobiyal kümelerin varlığını izleyen
Leeuwenhoek, baktığı şeyin biofilm olduğunun farkında değildi (Şekil 2).
Şekil 2: van Leeuwenhoek’in ilk biofilm tanımı
25
1970’li yılların başında Costerton dağlardaki akarsuların içerisinde yaşayan bakterileri
incelerken bakterilerin %99.99’unun bir yüzeye yapışarak, balçık benzeri bir yapı
içerisinde yaşadıklarını ortaya koymuştur. Daha önce yapılan çalışmaların da ışığında,
1978 yılında bu toplulukları tanımlamak amacıyla Costerton ilk defa ‘biofilm’ terimini
kullanmıştır (19).
Bakteriyel biofilmlerle ilgili bir çok yayın bulunmasına karşın, fungal biofilmlerle
ilgili yapılan çalışmalar henüz emekleme aşamasındadır. Transplantasyon prosedürleri,
immünsupresyon, kateterlerin uzun süre kullanımı ve yoğun bakımda uzun süre kalma
gibi nedenlere bağlı olarak fungal enfeksiyon görülme riskinde artış izlenmektedir.
Kandidiazis tablosu sıklıkla biofilm gelişimi için bir substart yüzeyi oluşturabilecek
dental implant, kateter, mekanik kalp kapakları, vasküler by - pass greftleri, oküler
lensler,yapay eklemler veya santral sinir sistemi şantları varlığında izlenir (21).
26
NEDEN BİOFİLM OLUŞTURULUR?
Bakteriler gerek in vitro gerekse in vivo ortamlarda biofilm oluşturmak suretiyle bir
dizi avantaja sahip olurlar. Biofilmler bakterileri nem, ısı ve pH değişiklikleri gibi
çevresel koşullardaki flüktüasyonların ve ultraviyole ışığa maruz kalmanın doğuracağı
zararlardan korur. Besinlerin depolanmasının ve atıkların uzaklaştırılmasının
kolaylaştırılması da biofilm oluşumunun getirdiği diğer avantajlardır. Bakterilerin
kümeler halinde ve ekzopolisakkarid matriks içerisinde bulunmaları sonucu fagosite
edilmeleri güçleşir ve hümoral immün sistem bileşenlerinin bakterilere ulaşmaları
engellenmiş olur (15).
Hücrelerin bireysel olarak yaşamak yerine neden biofilm oluşturduklarının
açıklanmasına yönelik bazı spekülasyonlar vardır. Öne sürülen bu mekanizmalar arasında
en ön planda çevrenin zararlı etkilerinden korunmak, besin elde etme ve metabolik
işbirliği, yeni genetik özelliklerin kazanılması yer alır.
1) Çevrenin zararlı etkilerinden korunmak: Ekzopolisakkarid matriksin farklı biofilm
topluluklarında çeşitli roller oynadıkları bilinmektedir. EPS matriksinin aynı zamanda bir
iyon değiştiricisi gibi davranarak çeşitli ajanların biofilm içerisine girişlerini engellediği
bilinmektedir. Ayrıca UV ışıma, pH değişiklikleri, osmotik şok ve kuruma gibi çevresel
streslerin zararlı etkilerinden korumada rol oynar.
27
2) Besin elde etme ve metabolik işbirliği: Biofilm içerisindeki mikrokolonileri çevreleyen
alanlardan geçen yüksek geçirgenliğe sahip su kanalları bulunmaktadır. Bu kanallar
primitif bir dolaşım sistemine benzemektedir. Bu sistem hem besinlerin biofilm içerisinde
eşit bir şekilde dağıtılması, hem de potansiyel olarak toksik metabolitlerin
uzaklaştırılması görevini üstlenir.
3) Yeni genetik özelliklerin kazanılması: Horizontal gen transferi doğal mikrobiyal
toplulukların evrimi ve genetik çeşitliliği için çok önemlidir. Bu durum özellikle
multidrug rezistan bakterilerin ortaya çıkmasında önemlidir. Özellikle biofilm
içerisindeki kapalı ortam konjügasyonun kolaylıkla yapılabilmesine imkan tanır (17).
Biofilm oluşumunun, bakterilerin bir yüzey üzerinde yaşamaya geçmeleri gerektiğini
düşündüren çevre koşullarını hissedebilmeleri sonucu başladığı düşünülmektedir. Bu
çevresel sinyaller mikroorganizmalar arasında farklılıklar gösterebilir. Örneğin P.
Aeruginosa ve P. Fluorescens büyümenin mümkün olduğu her koşulda biofilm
oluşturabilirler. Buna rağmen, yeterli aminoasit miktarının bulunmadığı ortamlarda
Escherichia Clo K12 ve Vibrio Cholera mikroorganizmalar biofilm oluşturmazlar. Tam
aksi bir davranış, sadece düşük besin bulunan ortamlarda biofilm oluşturan E. Coli
O517:H7 tarafından gösterilir. Ortamın besin durumu dışında, sıcaklık, osmolarite, pH,
demir ve oksijen gibi diğer çevresel faktörler de biofilm oluşumu üzerinde rol oynarlar.
P. Gingivalis tarafından biofilm oluşturulması, çeşitli faktörlere bağlıdır. Azalmış
oksijen seviyeleri, yeterli besin kaynakları ve yapışma için uygun bir substrat yüzeyi
varlığında biofilm oluşumu hızla gerçekleşir (22).
28
Costerton biofilm oluşumunun tesadüfi bir olay olmadığını, bir araya gelen farklı
türlerin belirli bir ortak amaç taşıdıklarını belirtmiştir. Argümanını desteklemek için ise
ilk defa ortaya koydukları biofilmlerden olan sığır bağırsaklarındaki biofilmi örnek
göstermiştir. Bağırsaktaki selülozu sindirebilmek için en az 5 farklı türde bakterinin var
olması gereklidir. Bakteriler bu selülozu ancak oluşturdukları mikrobiyal şehirler
içerisinde bir arada çalışarak yıkıma uğrarabilirler. Biofilm ve selüloz arasındaki yüzde
selülozu glükoza dönüştüren Fibrobakter Sukksinogenez bulunur. Bunun arkasında
glükozu bütirata dönüştüren Bütirovibrio bakterisi bulunur. Daha sonra bu bakterinin
komşuları olan fakat başka bir türe ait olan bakteriler tarafından bütirat, asetata
çevirilir.En sonunda asetat özelleşmiş metanojen bakteriler tarafından metana çevirilir.
Yani bir koloni için artık olan şey, diğer koloni için besin anlamı taşımaktadır. Bununla
beraber, bu bakteriyel işbirliği göründüğünden biraz daha derindir. Oksijen metanojen
bakteriler için toksiktir. Bu nedenle metanojen bakterilerin oksijenden zengin biofilm
içerisinde korunmaya ihtiyacı vardır. Bu korumayı da her bir metanojen koloninin etrafını
sarmak suretiyle beşinci bir bakteri türü üstlenir. Tüm bu hücresel etkileşimlerin
randomize oportunistik bir mekanizmanın sonucu olduğunu düşünmek oldukça güçtür.
29
BİOFİLM GELİŞİMİNİN BEŞ EVRESİ:
Biofilm oluşumu bakterilerin bir yüzeye tutunmaları ile başlayan dinamik bir prosestir.
Bu tutunma sonucu biofilm fenotipinin ortaya çıkmasına neden olan bir dizi genetik işlem
başlatılır. Bakterilerin bir yüzeye tutunabilmeleri için, kendilerinin bir yüzey ile ne zaman
temas kurduklarını anlamaları gereklidir. Bakteriler bu çevresel stimulusları fenotipik
değişiklere çevirebilmek amacıyla, bir verici ve bir alıcıdan oluşan düzenleyici bir
sisteme sahiptir. Tutunma işleminden sonra biofilm oluşturmak yönünde farklılaşma
işleminin başlaması, quorum - sensing sistemi denilen başka bir haberleşme sisteminden
gelen yanıtlara bağlıdır. Bu sistem ile bakteriler çevrelerindeki bakteriyel popülasyonun
yoğunluğunu belirlerler. Bir yüzeye tutunan her bakteri, ortama 'Ben buradayım' mesajı
veren bir molekül salgılar. Yüzeye tutunan bakterilerin sayısı arttıkça, bu sinyalin lokal
konsantrasyonları artmaktadır. Bu sinyal molekülünün konsantrasyonundaki artış ile
birlikte, biofilm oluşumuna yönelik bir dizi işlem başlatılmış olur. Yani, biofilm
içerisindeki bakteriler interselüler, düşük molekül ağırlıklarına sahip haberciler
aracılığıyla haberleşmektedirler (Şekil 3).
İkinci basamak ise bakterilerin yüzeye yapışma veya kuvvetli bir şekilde tutunma
işlemidir. Üçüncü evrede ise bakteriler mikrokoloniler haline dönüşürler. Dördüncü
evrede ise mikrokoloniler büyürler ve kompleks, mantar şeklindeki yapılara veya kulelere
dönüşürler. Konfokal lazer mikroskopisi ile yapılan çalışmalar bakterilerin, kompleks
ekzopolisakkarid ile çevrilmiş mikrokoloniler içerisinde yaşadıklarını ortaya
koymuşlardır. Çeşitli yüksekliklerde kuleler oluşturan mikrokolonilerin aralarında,
30
besinlerin ulaştırılması ve metabolik atık ürünlerin uzaklaştırılması için primitif bir
dolaşım sistemi olarak görev yapan su kanalları bulunmaktadır.
Şekil 3: P. Aeruginosa biofilm gelişiminin beş evresi
Biofilm gelişiminin beşinci evresi ise kopma veya ayrılma evresidir. Bu evrede tek bir
bakteri veya bakteri kümeleri biofilm tabakasından koparak ortama yayılır. Bu ayrılma
işlemi dış kuvvetlerin etkisiyle olabileceği gibi, biofilm oluşum prosesinin bir parçası
olarak tek bir hücrenin veya multipl hücrelerin emboli şeklinde kopmasının bir sonucudur
(15).
31
QUORUM 1 – SENSING MEKANİZMALARI:
Biofilm oluşumu sadece bakterilerin bir araya gelerek belirli bir yüzeye tutunarak
yapışmaları ve o yüzeydeki diğer türlerle birlikte yaşamaya devam ettikleri, rasgele
gerçekleşen bir olay değildir. Bakteriler biofilm oluşturmak için çeşitli kimyasal işaret
mekanizmaları kullanırlar. Kimyasal sinyalin, lokal ekstraselüler konsantrasyonu belirli
bir seviyeye ulaşması, çevrede bulunan bakteriler için o bölgede belirli yoğunlukta bir
hücresel kümelenmenin başladığı anlamına gelir. Kimyasal olarak popülasyon
yoğunluğunun hissedilmesi işlemine ‘quorum - sensing’ adı verilir (Şekil 4).
HÜCRELERARASI İLETİŞİM
Şekil 4: Biofilm içerisindeki hareketsiz hücreler yeni mikrokoloniler yaratmak ve su kanallarını açık
tutabilmek için birbirleriyle konuşurlar.
1 Quorum: Yoğunluk
32
Quorum - sensing işlemi ilk olarak Hastings ve Nealson’un bazı gram negatif
bakterilerin belirli bir yoğunluğa ulaştıktan sonra bir ışık yaydıklarını fark etmesi ile
gündeme gelmiştir (23). Daha sonra Eberhard ve ark., N-acyl homoserin lakton (AHL)’in
bioluminesans için gerekli olan agregasyonu başlatan faktör oluğunu ortaya koymuşlardır
(24).
Gram pozitif bakteriler de ‘quorum – sensing’ mekanizması kullanırlar fakat bu
mekanizmada üç farklı bileşen bulunur: salgılanan bir peptid, membrana bağlı bir hsitidin
kinaz reseptörü ve bir intraselüler yanıt regülatörü. Buna ek olarak hem Gram negatif hem
de Gram pozitif bakterilerin otoindükleyici 2 ( autoinducer 2: AI-2) adında üçüncü bir
sistem de kullandığı gösterilmiştir (25).
BİOFİLM BAKTERİSİ - PLANKTONİK BAKTERİ
KARŞILAŞTIRILMASI:
Biofilm içerisinde yaşayan bakterilerin, planktonik bakterilerle karşılaştırıldıkları
zaman farklı gen ekspresyon paternleri olduğu izlenir. Gen ekspresyonundaki bu farklılık
planktonik benzerlerinden fenotipik olarak farklı özelliklere sahip bakterilerin ortaya
çıkmasına neden olur.
33
Klinik olarak çok önemli olan diğer bir avantaj da, biofilm içerisindeki bakterilerin
antibiyotiklere karşı, planktonik benzerlerinden binlerce kat daha rezistan oluşlarıdır. İlk
başlarda ekzopolisakkarid matriksin antimikrobiyal maddeyi absorbe ettiği veya
diffüzyonunu kısıtladığı düşünülmüş olsa da, artık bir çok antibiyotiğin biofilm tabakasını
kolayca penetre ettiği bilinmektedir. Bunun en olası açıklaması, biofilm bakterisinin
geçirdiği fenotipik değişikliklerin kendisi için koruyucu bazı özellikleri kazandırmış
olmasıdır. Başka bir deyişle, bir çok antibiyotik hızla bölünen bakterileri hedeflediği için,
özellikle biofilmin derin tabakalarında bulunan ve azalmış metabolik ve bölünme hızları
sergileyen bakterilere etkili olamamaktadır. Antibiyotiklerle tedavi edilmiş olan
biofilmlerin perifer kısımlarında bakterisidal etki izlenirken, daha derin kısımlarda
yaşayan bakteriler hayatta kalmakta yeniden enfeksiyon gelişiminde bir nidus teşkil
etmektedirler (15).
Mikrobiyal hücrelerden salgılanan ekzopolisakkaridler hem fiziksel hem de kimyasal
özellikler açısından farklılıklar gösterir. Polisakkaridler uzun, ince moleküler zincirlerdir
ve 0,5 - 2,0 x106 Da lık bir moleküler yapıya sahiptirler.Biofilm preparatlarında
polisakkaridler bakteriyel hücre yüzeyine tutunmuş olan ince şeritler halinde ve hücrenin
etrafında kompleks bir ağ oluşturmuş şekilde izlenir (26).
34
DOĞADA BİOFİLM:
Doğal bir ortamda, tek bir tür bakteri izole bir kültür içerisinde yaşayamaz. Bakteriler
her zaman diğer bakteri türleri ile bir alış veriş arayışı içerisindedir. Bu alışveriş
esnasında birbirlerinin atıklarını kullanırlar ve hatta birbirlerine genetik paketler
gönderirler. Hayvanların yaşantısında uygulanabilen ‘evrimsel hayat ağacı’ , bakterilerin
yaşamlarındaki gelişimi izleyebilmek için kullanılamaz. Bakterilerde bir ‘hayat
ağacı’ndan çok türler arası bir ağdan bahsedilebilir. Bu da bakterilerin mevcut genetik
özelliklerini sadece kendisinden önceki türlerden, yani atalarından değil, kendisiyle
herhangi bir ilişkisi olmayan fakat bulunduğu ortamda komşusu durumunda bulunan
başka tür bir bakteriden genetik materyal alarak elde edebileceği anlamını taşır.
Henrici ve Zobell gibi araştırmacılar neredeyse 70 yıl önce yüzeye yapışmış
bakterilerin varlığını tanımladıkları ve inceledikleri halde, biofilm topluluklarının anlamı
daha yeni yeni anlaşılabilmektedir. Bunun da ötesinde, bakterilerin multisellüler davranış
perspektifinde görülmeye başlanması ile, mikrobiyolojiye bakış açımız değişmiştir (18,
28).
Tek başlarına biofilm oluşturabilen veya diğer mikroorganizmalarla ortak biofilm
oluşturmak için iletişime geçebilen sayısız bakteri ve üretilebilecek sayısız polisakkarid
türü var olduğu düşünüldüğünde, elde edilebilecek farklı türdeki biofilm sayısı sonsuza
yaklaşmaktadır. Bu nedenle, doğada tek bir türün oluşturduğu biofilmler çok nadir olup,
daha çok birden fazla organizmanın oluşturduğu biofilmler izlenir (Resim 6) (26).
35
Resim 6: Nehir yatağındaki çakıl taşlarının üzerinde izlenen biofilm
Diş yüzeylerinde biofilm oluşması için 3 basamak gereklidir. 1) diş minesi üzerinde
kazanılmış bir pellikül veya 'hazırlayıcı film' oluşması 2) bunu takiben primer
kolonizasyon yapan hücrelerin yüzeye yapışması 3) ikincil ve üçüncül kolonizasyon
yapan hücrelerin birbirlerine ve primer kolonizasyon yapan hücrelere tutunmaları
36
Resim 7: Dental plakların gingival marjinler ve kontakt alanlarda birikmesi (üst) Aynı dişlerinfırçalandıktan sonraki görüntüsü
Diş yüzeyi tamamen temizlense dahi, çok kısa bir süre içerisinde glikoproteinler,
asidik prolinden zengin proteinler, musinler, bakteriyel hücre debrisleri, alfa amilaz gibi
ekzo ürünler ve sialik asitten zengin bir karışım ile tamamen kaplanır. Bu durum
kaçınılmazdır (Resim 7). Bu kazanılmış pellikül, primer kolonizan bakteriler için bir
substrat görevi görür. İlk kolonize olan bakteriler daha sonra büyüyerek lokal çevrenin
koşullarını değiştirebilirler. Bu ortam değişiklikleri sahayı daha zararlı bakterilerin
kolonizasyonu için daha uygun hale getirir. Bu geç kolonize olan bakteriler ko-
agregasyon adı verilen bir işlemle daha önce tutunmuş olan bakterilere tutunarak, multipl
bakteri türünün oluşturduğu belirli bir yapıya sahip bir biofilm tabakası, başka bir deyişle
dental plak oluşturabilirler (27). Dental plak içerisindeki patojen bakterilerin sayısının
daha fazla olması durumunda ise hastalık durumundan bahsedilebilir.
37
Bakterilerin doğal ve endüstriyel sistemlerde tercihen bir matriks içerisindeki bir
biofilmde yaşadıkları konusunda konsensus sağlanmış olmasına rağmen, bu görüş
medikal ve dental hastalıkların açıklanmasında hemen kabul görmemiştir. Bununla
beraber yeni metodlar sayesinde, biofilm içerisinde yaşayan bakterilerin medikal implant
veya bazı organlarla ilişkili kronik enfeksiyonlarda rol oynadığı ortaya konmuş ve bu
teori sonunda kabul görmüştür (19).
FAYDALI BİOFİLMLER:
Bazı durumlarda bakterilerin biofilm oluşturmaları sayesinde, doğada bulunan ve
insan sağlığına zararlı bir çok madde elimine edilebilmektedir. Bu durumlara örnek
olarak, yer altı su kaynaklarının kontaminasyonunun engellenmesi, kullanılmayan ve
çevreye zararlı olabilecek petrol yataklarının çevrelenmesi ve maden yataklarından
çevreye yayılan sülfür ve benzeri yan ürünlerin detoksifikasyonu gösterilebilir (Şekil 5).
Kontamine bölgelerde yer altı su kaynaklarına ucuz karbon kaynaklarının pompalanması
ile oluşturulan biofilmler hem oluşturdukları bariyerle su kaynakları ve çevre kirleticileri
arasındaki geçişleri engelleyecek hem de biofilm içerisindeki azot veya sülfür tüketici
bakteriler sayesinde ortamdaki istenmeyen miktardaki inorganik madde yükü
azaltılabilecektir (Şekil 6) (29).
38
Şekil 5: Oksijenin yer altındaki su kaynaklarına ulaşmasını engelleyen bir biofilm oluşturmak suretiyleasidik su drenajının önüne geçilebilir.
Toprağa inoküle edilen ve uygun
besinler verilen bakteriler,
bir süre sonra su geçirmez bir
biofilm tabakası oluştururlar.
Bu biofilm tabakası, nehir
yatağına sıkı bir şekilde
tutunmakta ve ağır metaller gibi
çevre kirleticileri besin olarak
kullanıp tüketmektedir.
BESİN
NEHİR
AĞIR METAL
Şekil 6: Biofilm perdesi, zararlı maddelerin nehir yataklarına ulaşmasını engelleyebilir.
TIBBİ ENFEKSİYONLAR VE BİOFİLM İLİŞKİSİ:
39
Mikrobiyal biofilmlerin insan sağlığı üzerinde önemli etkileri vardır. Amerika Birleşik
Devletlerindeki Ulusal Sağlık Enstitüleri ( The National Institutes of Health),
enfeksiyonların %80 inden fazlasına biofilmlerin neden olduğunu tahmin etmektedir.
Donlan, bir çok idrar yolu enfeksiyonundan katater veya implantlar üzerinde oluşan
biofilmlerin sorumlu olduğunu ortaya koymuştur. Bunlara ek olarak ABD’de
gerçekleştirilen plastik cerrahi operasyonlarının %2 sinde biofilm enfeksiyonları
nedeniyle protezin değiştirilmesi gerekmektedir. Bu da yılda yaklaşık 900 milyon
Amerikan dolarının bu değiştirme operasyonları için harcanması anlamına gelmektedir.
Biofilm ile ilişkili organizmaların insanda hangi mekanizmalarla hastalığa yol açtığı
halen tam olarak anlaşılabilmiş değildir. Öne sürülen mekanizmalar arasında
1) Medikal cihazlar (implantlar) üzerindeki biofilmden kopan hücre veya hücre
kümelerinin kanda veya üriner sistemde enfeksiyona neden olmaları
2) Endotoksin üretimi
3) Konak bağışıklık sistemine karşı yapısal direnç göstererek varlığını sürdürme
4) Biofilm içerisinde rezistans plazmid değişimi yapmak aracılığıyla, antimikrobiyal
madde direnci kazanarak varlığını sürdürme bulunmaktadır (19).
Bilimsel gelişmelerin sonucu olarak, bir çok akut enfeksiyon antibiyotiklerle etkin bir
şekilde tedavi edilebilmektedir. Bununla beraber bu durumun iki istisnası vardır.
Bunlardan ilki antibiyotiğe duyarlılığı olmayan bakteri varlığıdır. İkinci istisnai durum ise
biofilm içerisinde yaşayan bakteri varlığıdır. Biofilm bakterilerinin, planktonik yaşayan
aynı türdeki bakteriler oranla antibiyotik tedavisine 100 kat daha rezistan olabildiği
bildirilmiştir (17).
ENFEKSİYON BİOFİLM İÇERİSİNDEKİ BAKTERİ Diş çürükleri (Şekil 7) Asidojenik gram pozitif kok (Streptokok)
40
Periodontit Gram negatif anaerobik oral bakteriOtitis media H. İnfluenzanın tiplendirilemeyen suşları
Nektorizan fasiit Grup A streptokokGastrointestinal ve bilier
traktus enfeksiyonu (Resim 9)
Enterik bakteri ( E. Coli)
Osteomiyelit Çeşitli bakteri veya fungus türlerBakteriyel prostatit E. Coli ve diğer gram negatif bakteriDoğal kapak endokarditi Streptokok ViridansKistik fibroz pnömonisi P. Aeruginosa ve Burkholderia cepaciaNozokomiyal enfeksiyonlar * Endotrakeal tüpler Çeşitli bakteri ve funguslar * Santral venöz kateterler S. epidermidis ve diğerleri
* Kontakt lensler P. Aeruginosa ve gram pozitif koklar * Vasküler greftler Gram pozitif koklar * Ortopedik implantlar S. Aureus ve S. Epidermidis * Penil protezler S. Aureus ve S. Epidermidis * Mekanik kalp kapakları S. Aureus ve S. Epidermidis
Tablo: Biofilmlerin sorumlu olduğu insanlarda görülen enfeksiyonların bazıları (30)
Stafilokok ve Pseudomonas gibi bazı bakterilerin yapıları, antibiyotiklerin
penetrasyonuna rezistan bir glikoprotein tabakasına sahip bir biofilm oluşturmaya
müsaittir. İmplant materyalleri üzerinde böyle bir biofilm oluşumu, implantların üzerinde
kalıcı bir enfeksiyon kaynağı oluşturarak, implantın çıkarılmasını gerektirebilir .
Eklem replasman protezleri, pacemakerlar, kalp kapakçıkları, vasküler stentler ve
oftalmik implantlar gibi çeşitli implantlar üzerinde biofilm oluşumu izlendiğine dair bir
çok yayın bulunmaktadır (Resim 8)
41
Resim 8: Bir kontakt lens kabının içerisinde oluşan bir biofilmin tarama elektron mikroskobu görüntüsü
Başka bir çalışmada ionize floroplastik timpanostomi tüpü materyalinin, tüp
aplikasyonu sonrası bakteriyel biofilm oluşumunun engellenmesi açısından oldukça etkili
olduğu gösterilmiştir (28).
Medikal protezler ya Teflon, plastik, lateks ve silikon gibi hidrofobik materyallerden
veya cam veya çeşitli metaller gibi hidrofilik materyallerden yapılmaktadır. Genelde
yüzeyi daha kaba ve daha düzensiz olan ve daha hidrofobik olan materyallerde (Şekil 8)
biofilm daha hızlı bir şekilde gelişmektedir (18).
42
DİŞ ETİ
DİŞ ETİ
DİŞ
DİŞ
Şekil 7: Yüzlerce mikrobiyal tür insan ağzında kolonize olabilr. Bu türlerin bazıları patojendir veenfeksiyon, diş çürükleri ve diş eti hastalıklarına yol açabilir.
TAMPON LİFİ
EPİTEL
Şekil 8: Vajina epiteli ve tampon lifleri üzerinde kolonize olan mikroorganizmalar inflamasyona
43
veya Toksik Şok Sendromu gibi hastalıklara yol açabilirler.
Resim 9:Bir farenin bağırsağının lümenal yüzeyinin tarama elektron mikoskopisi görüntüsü. Dehidrasyona bağlı boyutlarında küçülme izlenen intestinal biofilmin epitel yüzeyinin
büyük bir kısmını kapladığı izleniyor. Biofilmin bakteriyel ve protozoal bileşenleri olduğu izleniyor. P ile işaretli olan büyük bir Giardia nın yüzeye tutunduğu görülüyor.
BİOFİLM ENFEKSİYONLARININ ORTAK ÖZELLİKLERİ:
1) Biofilmler tercihen inert yüzeylerde veya ölü bir doku üzerinde yerleşirler ve genelde
medikal aygıtlar ve kemik sekestrasyonları gibi ölü doku fragmanları üzerinde oluşurlar.
Endokardit olayında olduğu gibi canlı dokularda da yerleşebilirler.
2) Biofilmler yavaş büyüme özelliğine sahiptirler ve biofilm enfeksiyonları sıklıkla
belirgin klinik semptom vermeden gelişirler. Hareketsiz bakteriyel hücreler antijen
salgılayarak antikor üretimin stimüle ederler fakat antikorların biofilm içerisindeki
bakterileri öldürebilme yeteneği yoktur. Biofilmler bu yolla çevreleyen dokularda immün
44
kompleks hasarına yol açabilirler. Mükemmel hücresel ve hümöral immün yanıtları olan
bireylerde bile, konak savunma mekanizmaları biofilm enfeksiyonlarını
sonlandıramamaktadırlar. Antibiyotik tedavisi biofilmden ayrılmış olan planktonik
hücrelerin neden olduğu semptomları ortadan kaldırır fakat biofilmi yok edemez. Bu
nedenle biofilm infeksiyonları, dönem dönem kullanılan antibiyoterapiye rağmen
semptomlar göstermeye devam ederler. Bu durum biofilm popülasyonunun cerrahi olarak
vücuttan uzaklaştırılmasına kadar devam eder.
3) Planktonik bakteriyel hücreler biofilmlerden salınmaktadır ve biofilmden kopma
işleminin doğal olarak programlanmış bir olay olduğu görüşünü destekleyen kanıtlar
vardır. Bu nedenle, biofilmler akut enfeksiyon için bir 'nidus' görevi görerek, salınan
planktonik hücrelerin konak savunma mekanizmalarının başarısız kaldığı durumlarda
akut enfeksiyon gelişimine neden olabilmektedirler (30).
BAKTERİYEL BİOFİLMLER NEDEN ANTİMİKROBİYAL
İLAÇLARA DİRENÇLİDİR?
Doğal ve endüstriyel çevrelerde büyüyen biofilmlerin bakteriyofaj, amipler ve çeşitli
kimyasal biyosidlere karşı duyarlı oldukları bilinmektedir. Tıbbi alanda ise, hareketsiz
bakteriyel hücreler konak savunma mekanizmalarına karşı koyabilmekte ve planktonik
formda olan bakterilere oranla, antibiyotiklere çok daha fazla dirençli olabilmektedirler.
Biofilmlerin bu dirence multipl mekanizmalar aracılığıyla sahip oldukları
düşünülmektedir (30):
1. Antimikrobiyal ajanın biofilmin tüm tabakaları boyunca penetrasyon göstermemesi
(Şekil 9). Biofilm matriksi içerisindeki polimerik maddelerin antibiyotik diffüzyonunu
45
güçleştirdiği bilinmektedir. Bu durum yeterli antibiyotik konsantrasyonuna asla
ulaşılamaması anlamına gelmektedir.
2. Biofilm içerisindeki hücrelerden en azından bir kısmı besin yetersizliği yaşamakta ve
bu nedenle yavaş büyüme fazına girmek zorunda kalmaktadırlar (Şekil 10).
3. Yavaş büyüyen veya büyüme göstermeyen hücreler bir çok antimikrobiyal maddeye
karşı duyarlı değildirler ve bir çoğu hayatta kalabilmektedirler (Şekil 11).
4. Biofilm içerisindeki bakteriler arasında rezistan genlerin değişimi söz konusudur.
Penetrasyon Başarısızlığı
ANTİMİKROBİYAL AJANLARA KARŞI BİOFİLM REZİSTANSI
Şekil 9:Biofilm rezistans hipotezi: Penetrasyon başarısızlığı
46
ANTİMİKROBİYAL AJANLARA KARŞI BİOFİLM REZİSTANSI
BESİN KISITLILIĞINA BAĞLI DEĞİŞEN FİZYOLOJİ
Şekil 10: Biofilm rezistans hipotezi: Ortamdaki besin besin kısıtlılığına bağlı değişen fizyoloji
47
Besinleri tükenmesisonucu, farklı metabolikaktivite sergileyen bölgeler ortaya çıkmaya başlar
Biofilmin en dış kısmında yer alan hücrelerhasarın daha iç kısımlara geçmesini engelleyerek, şok dalgasını absorbe ederler.
İç tabakalardaki
hücrelerin stres
yanıtı ortaya
koymak
için daha fazla
zamanları vardır.
Saldırıdan
sağ kurtulan
hücre sayısı
beklenenden
çok daha
yüksek
olabilir.
BİOFİLMLERDEKİ MULTİSELÜLERİTE BAKTERİYEL SAVUNMAYI GÜÇLENDİRİR
Şekil 11: Biofilmlerin birden fazla hücre türünden oluşması sonucu, içerisinde yaşayan bakterilerin hayattakalma şansları artmaktadır. Biofilmin dış tabakaları hasarı absorbe ederken, iç tabakalarda stres yanıtınınbaşlaması için zaman kazanılmış olur. Besin yetersizliğine bağlı değişen mikroçevreye daha çabuk adapte
olabilen türler, saldırı sonunda hayatta kalarak yeniden çoğalma işlemine hızla başlayabilirler.
BİOFİLM VE KBB ENFEKSİYONLARI ARASINDAKİ İLİŞKİ:
48
Geçtiğimiz yıllar içerisinde baş boyun bölgesindeki kronik bakteriyel enfeksiyonlar ile
biofilm oluşumu arasındaki bağlantı daha belirgin hale gelmiştir.
Kronik otitis media, patofizyolojisi planktonik formdaki bakterilere odaklanılarak
açıklanılamayan hastalıklardan biridir. Kronik otitis mediada izlenen effüzyonların sadece
%30'u kültür pozitifliğine sahiptir. Biofilmler içerisindeki bakterilerin immün sistem ve
antibiyotiklere rezistan olmalarını sağlayan faktörler nedeniyle bakterilerin in vitro
ortamda kültüre edilmeleri de çok zordur. Elde edilen bakteri sayıları, gerçeği çok
altındaki değerler olabilir veya biofilm bakterilerinin düşük metabolik hızları nedeniyle
kültüre etmek mümkün olmayabilir (15). Bu 'kültüre edememe' sorunu neticesinde,
efüzyonlu otitis medianın primer olarak steril, enflamatuar bir proses olduğu bile öne
sürülmüştür. Post, elektron mikroskobu kullanarak yaptığı çalışmada, chinchilla
modelinde orta kulak mukozasının yüzeyinde biofilm oluştuğunu ortaya koymuştur (7).
Bu sayede kronik effüzyonlu otitis medianın patofizyolojisinde biofilm oluşumunun
rolü olduğu anlaşılabilmiştir. Bu durumun anlaşılması, in vitro şartlarda antibiyoterapiye
duyarlı mikroorganizmaların neden in vivo tam olarak eradike edilemediğinin
açıklanmasına yardımcı olmuştur.
Chole ve Faddis 24 kolesteatomlu hastayı incelemiş ve ışık mikroskobu ve
transmisyon elektron mikroskobu kullanarak bu hastaların 16'sında kolesteatoma
üzerinde biofilm oluştuğuna dair histomorfolojik kanıtları elde etmiştir (31).
Endotrakeal tüpler, trakeostomi tüpleri, ses protezleri ve timpanostomi tüplerinin
hepsinin üzerinde biofilm oluşumu için uygun yüzey bulunmaktadır ( Resim 10, 11, 12).
49
Bu biofilmler hastanın yaşamını tehdit eden enfeksiyonların kaynağı olabilirler ve
antibiyotik tedavisine dirençleri çok yüksektir (15).
Hidrofilikyüzey
Hidrofobik yüzey
Resim 10: Ses protezinin hidrofilik yüzeyinde makroskopik biofilm oluşumu
50
Mantar
Bakteri
Resim 11: Ses protezi üzerinde oluşan biofilmin tarama elektron mikroskobu görüntüsü. Bakteriyelelemanların yanında fungal kolonizasyon da dikkati çekmekte.
Resim 12: Endotrakeal tüp lümeninde oluşan büyük bir biofilmin tarama elektron mikroskobu görüntüsü.Bu hücre topluluğu sık sık parçalanarak gastanın akciğerlerine bakteriyel hücrelerin aspire edilmesine neden
olur.
51
BİOFİLM VE KRONİK TONSİLLİT ARASINDAKİ İLİŞKİ:
Yakın zamanda Chole ve Faddis ışık mikroskobu ve transmisyon elektron mikroskobu
kullanarak gerçekleştirdikleri çalışmada, rekürren tonsillit veya tonsiller hipertrofi
nedeniyle tonsillektomi yapılan hataların tonsilleri üzerinde biofilm varlığını
göstermişlerdir (11).
Bu bulgu, yeterli antibiyoterapiye rağmen β – hemolitik streptokoklara bağlı
tonsillitte, tedavi sonrası vakaların neden sadece %20 sinde bakteriyolojik pozitiflik
izlendiğini açıklamaktadır. Bakterilerin kültüre edilememelerinin sebebi, biofilm
içerisinde yaşayan bakterilerin sahip oldukları düşük büyüme hızlarıdır (32).
MATERYAL VE METOD:
Kronik tonsillit tanısı ile Taksim Eğitim ve Araştırma Hastanesi Kulak Burun Boğaz
Kliniğine başvuran ve tonsillektomi yapılması planlanan hastalar çalışmaya dahil
edilmiştir. Yaşları 4 – 35 arasında değişen toplam 10 hasta, cinsiyet farkı gözetilmeksizin
rasgele seçilmiştir. Hastalardan alınan tonsiller çıkarılır çıkarılmaz steril şartlar altında 15
numara bistüri kullanılarak 4 farklı grup oluşturmak üzere eşit parçalara bölünmüştür
(Resim 13).
52
Resim 13: Elde edilen 4 gruptaki tonsil parçalarının epitelle döşeli olan yüzeyleri 4 farklı protokole tabi
tutularak tarama elektron mikroskobunda incelenmek üzere hazırlanmışlardır.
Dört farklı grup halinde alınan doku örnekleri için dört farklı uygulama yapılması
planlanmıştır. Birinci gruptaki tonsiller herhangi bir işleme tabi tutulmadan tarama
elektron mikroskobu protokolüne alınmışlardır. İkinci gruptaki tonsiller 10 ml lik üç
farklı salin solüsyonunda 10 ar saniye boyunca durulandıktan sonra tarama elektron
mikroskobu protokolüne alınmışlardır. Üçüncü gruba ait tonsillerin epitelyal yüzeyleri
yumuşak bir fırça yardımıyla 30 saniye boyunca fırçalanmış ve 10 ml’lik üç farklı salin
solüsyonunda 10 ar saniye boyunca durulandıktan sonra tarama elektron mikroskobu
protokolüne alınmışlardır. Dördüncü gruba ait tonsillerin epitelyal yüzeyleri sert bir fırça
yardımıyla 30 saniye boyunca fırçalanmış ve 10 ml’lik üç farklı salin solüsyonunda 10 ar
53
saniye boyunca durulandıktan sonra tarama elektron mikroskobu protokolüne
alınmışlardır.
Dört farklı gruba da aynı tarama elektron mikroskobu protokolü uygulanmıştır. Doku
örnekleri, tarama elektron mikroskopu için, ilk önce 2 saat boyunca %2 lik fosfatla
tamponlanmış glutaraldehid solüsyonunda bekletilmişlerdir. ( 0.1 M, pH 7.2). Daha sonra
1 saat boyunca %1 lik fosfatla tamponlanmış osmium tetroksid solüsyonunda bekletilmiş
ve artan alkol ve amil asetat serilerinden geçirilmişlerdir. Dokular Bio – Rad kurutma
cihazında kurutulduktan ve Bio – Rad Sputter Coatter ( SC 502) ile altınla kaplandıktan
sonra JEOL 5300 JSM tarama elektron mikroskubu ile incelenmişlerdir.
SONUÇLAR:
Birinci gruba ait olan ve durulama veya fırçalama işlemi uygulanmayan tonsillerde
epitel hücrelerinin görülemediği ve tonsil yüzeyinin kalın bir biofilm tabakası ile örtülü
olduğu izlendi (Resim 14, 15). Biofilm tabakası üzerinde birkaç adet eritrosit ve fibrin
artıklarının bulunduğu dikkat çekiyordu. İkinci gruba ait olan ve sadece durulama işlemi
uygulanmış olan tonsillerde epitel yüzeyini örten biofilm tabakasının bütünlüğünün
bozulmadığı, sadece biofilm tabakası üzerindeki eritrositlerin ve fibrin artıkların
uzaklaştırıldığı izlendi (Resim 16). Üçüncü gruba ait olan ve yumuşak bir fırça
yardımıyla fırçalandıktan sonra durulanan tonsillerde biofilm tabakasının yer yer
parçalandığı ve biofilm tabakasının kalınlığının azaldığı izlendi (Resim 17). Buna rağmen
epitelyal hücrelerin sınırları tam olarak belirlenemiyordu. Dördüncü grupta yer alan ve
sert bir fırça yardımı ile fırçalandıktan sonra durulanan tonsillerin yüzeylerinde biofilm
tabakasının parçalanarak uzaklaştırıldığı ve tonsil yüzey epitelinin belirgin bir şekilde
ortaya konduğu izlendi (Resim 18, 19).
54
Resim 14: 1. grupta bulunan tonsil yüzeylerinin tarama elektron mikroskobu görüntüsü
Resim 15: 1. grupta bulunan tonsil yüzeylerinin tarama elektron mikroskobu görüntüsü
55
Resim 16: 2. grupta bulunan tonsil yüzeylerinin tarama elektron mikroskobu görüntüsü
Resim 17: 3. grupta bulunan tonsil yüzeylerinin tarama elektron mikroskobu görüntüsü
56
Resim 18: 4. grupta bulunan tonsil yüzeylerinin tarama elektron mikroskobu görüntüsü
Resim 19: 4. grupta bulunan tonsil yüzeylerinin tarama elektron mikroskobu görüntüsü
57
TARTIŞMA:
İnsanda görülen hastalıkların genellikle serbest hareket eden organizmalar olarak
düşünülmüştür. Ayrıca Koch'un zamanından beri, bakteriyologlar ve klinisyenler
planktonik bakteriler üzerine odaklanmışlardır. Bununla beraber, doğada bakterilerin
sadece küçük kısmı planktonik formda bulunmaktadırlar ve planktonik bakteriler biofilm
içerisindeki bakterilerden çok farklıdırlar (15).
Büyüme hızları ve genetik özellikleri daha farklı olan biofilm bakterilerinin neden
olduğu enfeksiyonlardan birisinin de kronik tonsillit olduğu öne sürülmüştür. Buna
rağmen bugüne kadar kronik tonsillitli hastaların tonsil yüzeylerinde biofilm oluşumu
tarama elektron mikroskobu ile gösteren herhangi bir çalışma yapılmamıştır.
Tonsillektomi yaptığımız hastalarda tonsil yüzeyini örten mukozanın biofilmle kaplı olup
olmadığını araştırmak amacıyla, tonsil spesimenlerini dört farklı gruba ayırarak, her bir
grupta farklı mekanik işlemler uyguladık ve transmisyon elektron mikroskobu ile
inceledik.
Tarama elektron mikroskopu ile incelediğimiz birinci gruba ait tonsillerin yüzeyinde
izlenen biofilm tabakası, tonsil yüzeyini düşeyen epitelin değerlendirilmesini imkansız
kılıyordu. İkinci gruba ait tonsiller, 30 saniye boyunca steril salin solüsyonunda
durulanmış olmalarına rağmen, incelendiklerinde biofilm tabakasının herhangi bir
özelliğini kaybetmeden bütünlüğünü koruduğu ve sadece yüzeyde bulunan eritrositlerin
ve fibrinin uzaklaştırıldığı izlendi. Bu bulgu daha önce yapılmış olan ve biofilmlerin
solüsyon içerisinde durulanma veya çalkalanma ile uzaklaştırılmadığını daha önce
58
göstermiş olan çalışmaları destekler nitelikteydi (18, 28). Üçüncü gruba ait olan ve
yumuşak bir fırça yardımıyla 30 saniye fırçalandıktan sonra 30 saniye boyunca steril salin
solüsyonunda durulanmış olan tonsillerin yüzeyinde bakteriyel biofilm tabakalarının
halen büyük plaklar halinde bulundukları ve bütünlüklerini yer yer küçük kırılmalar
nedeniyle kaybetmiş olsalar bile, tonsil yüzeyini döşeyen epitelin üzerinden
uzaklaşmadıkları izlendi. Diş minesi üzerinde oluşan ve uygun bir fırça ile uygun süreler
boyunca fırçalanarak uzaklaştırılabilen dental plaklar, bugüne kadar üzerinde en çok
çalışılmış olan bakteriyel biofilm tipidir. Nispeten daha sert olan ve bakterilerin daha
güçlü bir şekilde tutunabileceği bir substrat yüzeyi sunan dişlere oranla tonsil yüzeyindeki
biofilm tabakasının daha kolay uzaklaştırılabileceği düşünülse de, yumuşak fırça ile
fırçalama sonucunda bu tabakanın uzaklaştırılamamış olması ilgi çekicidir. Bu durumda
tonsil yüzeyini döşeyen epitelin sahip olduğu kriptler ve beraberinde getirdiği girintili
çıkıntılı yapılar ve artmış yüzey alanı gibi faktörlerin de önemli olduğu öne sürülebilir.
Bununla beraber dördüncü gruba ait olan tonsiller 30 saniye boyunca sert bir fırça ile
fırçalandıktan sonra durulanmışlar ve tonsil yüzey epiteli net bir şekilde izlenmiş ve
üzerilerinde defragmente ve yüzeyle ilişkisiz oldukları izlenen biofilm parçacıkları
görülmüştür.
Sonuç olarak bu çalışma ile, kronik tonsillit nedeniyle tonsillektomi uyguladığımız
tüm hastaların tonsillerinin yüzeyinde biofilm tabakasının oluştuğu ve bu tabakanın
sadece mekanik güçler kullanılarak uzaklaştırılabildiği, ilk kez tarama elektron
mikroskobu kullanılarak kanıtlanmıştır.
Ağız içi ortamının yüksek akım güçleri ve mekanik etkiler altında kaldığı ve bu
durumun biofilm oluşumunu kaçınılmaz kıldığı kabul edilmiş bir gerçektir. Kronik
tonsillitli hastalarda tonsil yüzeyini döşeyen epitelin üzerinde biofilm oluştuğunun
59
kanıtlanmasına rağmen, sağlıklı tonsillerde de biofilm oluşup oluşmadığı henüz
gösterilmemiştir. Oral kavite içerisinde biofilm oluşumunun patolojik bir proses mi
olduğu yoksa bu çevre içerisinde edinilmesi gereken doğal bir yaşam formu mu olduğu
henüz açıklığa kavuşturulamamıştır. Oral mikrofloranın oluşturulabilmesi için
bakterilerin biofilm oluşturması gerektiği görüşü kabul edilmiştir.
İnsan oral kavitesi multipl antimikrobiyal aktiviteye ve doku yüzeyleri üzerinde
sürekli saliva akımına bağlı olarak, mikroorganizmalar için tehlikeli bir ortam
oluştururlar. Oral bakteriler bu kötü koşullardan, oral dokulara yada diğer oral
mikroorganizmalara tutunarak korunurlar. Bu tutunma işlemi, bir çok türün bir araya
gelmesi ile oluşan, karmaşık yapıda bir biofilm oluşumuna zemin hazırlar.
Oral bakterilerin hayatta kalabilmeleri için 'tutunma' en önemli ekolojik belirleyicidir.
Ağız, vücutta deskuamasyon göstermeyen yüzeylerin bulunduğu ( dişler) ve yaygın
biofilm oluşumunun izlenebileceği (dental plaklar) eşsiz bir ortama sahiptir. Buna karşın
mukozal yüzeylerde izlenen deskuamasyon, bakteriyel yükün mukozal yüzeylerde
nispeten daha az olmasına olanak tanır.
Diş yüzeyi üzerinde saniyeleri içerisinde oluşan biofilm tabakasının diş çürüklerine
veya periodontite yol açabilmesi için belirli bir süreçten geçmesi gerektiği bilinmektedir.
Asidofillerin veya Gram (-) anaerobların sayısında artış izlenilen plak toplulukları,
insanda en sık görülen oral hastalıklardan biri olan periodontal hastalıklar ve diş
çürüklerinin ortaya çıkmasına neden olur. Yetişkin periodontitten, özellikle
Porphyromonas Gingivalis gibi bazı spesifik gram (-) anaerobların artmış oranda
bulunduğu gingival plak oluşumu sorumlu tutulmaktadır. Gingival plak
kompozisyonundaki değişiklikler hastalık prosesinin başlamasındaki ana belirleyicidir .
60
Mikrobiyal biofilmler arasıda belki de en iyi incelenmiş olanı dental plaktır. Dental
plak, 500 farklı türden bakterinin belirli bir sıra dahilinde, birbirleri ardına birikmeleri
sonucu oluşan karmaşık ve dinamik bir biofilmdir. Belirgin bir hastalık varlığı olmadan,
oral kavite içerisinde Streptokokkus Gordonii gibi gram (+) kommensallerin ve
Aktinomyces suşlarının oluşturduğu plakları incelemek mümkündür (22).
Görüldüğü gibi, oral mikroflora üyesi olsun olmasın, oral mikroçevre şartlarına maruz
kalan tüm bakteriler herhangi bir yüzeye tutunmak ve uygun şartlar varlığında biofilm
oluşturmak zorundadır. Bu durumda konakta biofilm oluşup oluşmadığı değil, biofilm
oluşumunun hangi evrede konak için patolojik hale geldiği daha önemli bir soru haline
gelmektedir. Palatin tonsillerin yüzeyinde tarama elektron mikroskobu kullanarak
izlediğimiz bakteriyel biofilm tabakalarının kronik tonsillit patogenezinde yerinin olup
olmadığının belirlenebilmesi için bu incelemelerin sağlıklı birey tonsilleri üzerinde
gerçekleştirilmesi, izlenen biofilm tabakalarının daha detaylı görsel bilgi sağlayabilecek
konfokal tarama elektron mikroskopisi ile incelenmesi ve biofilm oluşturan bakterilerin
genetik yapılarının detaylı bir şekilde incelenerek virülans faktörlerinin ortaya konması
gerekmektedir.
BİOFİLMLERLE MÜCADELEDE YENİ UFUKLAR:
61
ŞŞekil 12: Antibiyotik etkinliği zayıf , intermitan bir elektriksel saha varlığında bile artmaktadır.
62
ANTİBİYOTİK
ANTİBİYOTİK
BİYOELEKTRİK ETKİ
Şekil 13: Elektriksel alan varlığında antibiyotik etkinliği artmaktadır.
Şekil 14: Biofilm oluşum senaryosunun şematik olarak gösterimi (üst) Biofilm sinyal analogları
kullanılarak bu prosesin engellenmesi (alt)
63
Şekil 15: Biofilmden doğal yollarla kopmanın şematik görüntüsü (sol) Bu prosesin ayrılma sinyali
analoglarıyla hızlandırılması
Biofilmlerle savaş konusunda önümüzde uzanan yol açık görünmektedir. Bakteriyel
biofilmlerin benzersiz biyolojileri hakkında kapsamlı bilgi sahibi olmuş durumdayız.
Biofilmlerin kendi savunma ve iletişim sistemleri olan mikrobiyal topluluklar oldukları
anlaşılmıştır fakat biofilmlerin biyolojilerine ilişkin hala cevaplanmayı bekleyen bir çok
soru vardır. Elimizdeki bilgiler ışığında biofilmler ile mücadelede, biofilmin oluşmasını
engelleyebilecek iletişim sinyalleri analoglarının kullanımı veya biofilmin parçalanmasını
sağlayacak fiziksel veya kimyasal maddelerin uygulanması gibi metodların faydalı
olabileceği görünmektedir ( Şekil 12, 13, 14, 15)
Biofilm matriksinin polisakkarid içeriği biofilmin stabilitesini belirleyen önemli
faktörlerden biridir. Örneğin polianyonik ekzopolisakkaridler metal iyonlarıyla etkileşime
girebilir. Demir gibi bazı metaller biofilm matriksi içerisine dahil edilerek matriksin
stabilizasyonun katkıda bulunabilirler. Yakın zamanda yapılan bir çalışmada, memeli
bağışıklık sistemi tarafından üretilen ve demir bağlayıcı özelliği bulunan laktoferrinin
64
Pseudomonas Aeruginosa’nın biofilm yapabilme yeteneğini ortadan kaldırabileceği
gösterilmiştir (33).
Doğada biofilm oluşumu ne kadar eski ise, doğanın kendi biofilm inhibitörlerini
kullanımı da o kadar eskidir. Biofilmlerin ıslak yüzeylerin büyük çoğunluğunda
oluşabildiğinin bilinmesine rağmen, bu durumun da bazı istisnaları izlenebilir. Bazı su
bitkileri biofilm oluşmasını engelleyen bileşenler salgılamaktadırlar. Bunun nedeni,
bakterilerin yapışmak suretiyle bitkiye ulaşan güneş ışığını engellemesidir. En detaylı
tanımlanmış olan biofilm engelleme sistemi, Avustralya Botanik Koyu’ndaki kırmızı
algae, Delisea Pulchra’da bulunmaktadır. Steinberg ve ark. yaptıkları çalışmada
bitkinin,bakteriyel biofilmleri uzaklaştırmak için halojenli furanonlar salgıladığını ortaya
koymuşlardır. Daha sonraki dönemde yaptıkları çalışmalarda ise halojenli furanonların
AHL quorum – sensing sistemini inhibe ettiklerini göstermişlerdir (34).
Her ne kadar biofilmler, belirli koşullar altında sağlığımızı tehdit ediyorlarsa da,
özellikle endüstriyel atıkların detoksifikayonunda ve nitrojen ve fosforun
uzaklaştırılmasında %100 e yakın başarılar elde ettikleri unutulmamalıdır (35). Bu
durumda akla hemen şu sorular gelmektedir. Acaba bütün biofilmlerle savaşmalı mıyız?
Yoksa onların varlıklarını sürdürmesi bizim varlıklarımızı sürdürmemiz için gerekli mi?
Buna benzer tüm soruların cevabının bulunması için daha bir çok çalışmanın yapılması
gereklidir.
65
REFERANSLAR:
1. Wagner S, Jung H, Nau F, Schmitt HJ. Relevance of infectious diseases in a pediatric practice.,
Klin Padiatr. 1993 Jan-Feb;205(1):14-7
2. Birnbaum HG, Morley M, Greenberg PE, Colice GL. Economic burden of respiratory infections in
an employed population. Chest. 2002 Aug;122(2):603-11
3. K Roos, R Claesson, U Persson, and K Odegaard. The economic cost of a streptococcal tonsillitis
episode. Scand J Prim Health Care, December 1, 1995; 13(4): 257-60
4. Vital and Health Statistics. Current estimates from the national health interview survey, 1996.
Series 10, No. 200. Atlanta GA: Centers for Disease Control and Prevention, National Center for
Health Statistics, October 1999
5. Owings MF, Kozak LJ. Ambulatory and inpatient procedures in the United States, 1996. Vital
Health Stat 13 (139). Hyattsville, MD: National Center for Health Statistics; 1998:49
66
6. Conley J, Olson ME, Cook LS, Ceri H, Phan V, Davies HD. Biofilm formation by group a
streptococci: is there a relationship with treatment failure? J Clin Microbiol. 2003 Sep;41(9):4043-
8
7. Post JC. Direct evidence of bacterial biofilms in otitis media. Laryngoscope. 2001 Dec;111(12):
2083-94
8. Zur KB, Mandell DL, Gordon RE, Holzman I, Rothschild MA. Electron microscopic analysis of
biofilm on endotracheal tubes removed from intubated neonates.Otolaryngol Head Neck Surg.
2004 Apr;130(4):407-14
9. Everaert EP, Mahieu HF, van de Belt-Gritter B, Peeters AJ, Verkerke GJ, van der Mei HC,
Busscher HJ. Biofilm formation in vivo on perfluoro-alkylsiloxane-modified voice prostheses.
Arch Otolaryngol Head Neck Surg. 1999 Dec;125(12):1329-32
10. Bothwell MR, Smith AL, Phillips T. Recalcitrant otorrhea due to Pseudomonas biofilm.
Otolaryngol Head Neck Surg. 2003 Nov;129(5):599-601
11. Chole RA, Faddis BT. Anatomical evidence of microbial biofilms in tonsillar tissues: a possible
mechanism to explain chronicity. Arch Otolaryngol Head Neck Surg. 2003 Jun;129(6):634-6
12. Cowan DL, Hibbert J. Acute and chronic infection of the pharynx and tonsils, Scott Brown’s
Otlolaryngology, Volume 5, Chapter 4, 6th edition, 1997
13. Wiatrak BJ, Woolley AL. Pharyngitis and adenotonsillar disease, Otolaryngology Head & Neck
Surgery, Volume 5, Chapter 12, 3rd edition 1998 Cummings
14. Paradise JL, Bluestone CD, Bachman RZ, Colborn DK, Bernard BS, Taylor FH, Rogers KD,
Schwarzbach RH, Stool SE, Friday GA, et al. Efficacy of tonsillectomy for recurrent throat
infection in severely affected children. Results of parallel randomized and nonrandomized clinical
trials. N Engl J Med. 1984 Mar 15;310(11):674-83
15. Post JC, Stoodley P, Hall-Stoodley L, Ehrlich GD. The role of biofilms in otolaryngologic
infections. Curr Opin Otolaryngol Head Neck Surg. 2004 Jun;12(3):185-90. Review
16. Donlan RM. Biofilms: microbial life on surfaces. Emerg Infect Dis. 2002 Sep;8(9):881-90.
Review
17. Davey ME, O'toole GA. Microbial biofilms: from ecology to molecular genetics. Microbiol Mol
Biol Rev. 2000 Dec;64(4):847-67. Review
67
18. Bothwell MR, Smith AL, Phillips T.Recalcitrant otorrhea due to Pseudomonas biofilm.
Otolaryngol Head Neck Surg. 2003 Nov;129(5):599-60
19. Donlan RM, Costerton JW. Biofilms: survival mechanisms of clinically relevant microorganisms.
Clin Microbiol Rev. 2002 Apr;15(2):167-93. Review
20. Lawrence JR, Korber DR, Hoyle BD, Costerton JW, Caldwell DE. Optical sectioning of microbial
biofilms. J Bacteriol. 1991 Oct;173(20):6558-67
21. Chandra J, Kuhn DM, Mukherjee PK, Hoyer LL, McCormick T, Ghannoum MA. Biofilm
formation by the fungal pathogen Candida albicans: development, architecture, and drug
resistance. J Bacteriol. 2001 Sep;183(18):5385-94.
22. Lamont RJ, El-Sabaeny A, Park Y, Cook GS, Costerton JW, Demuth DR. Role of the
Streptococcus gordonii SspB protein in the development of Porphyromonas gingivalis biofilms on
streptococcal substrates. Microbiology. 2002 Jun;148(Pt 6):1627-36
23. Nealson KH, Hastings JW. Bacterial bioluminescence: its control and ecological significance.
Microbiol Rev. 1979 Dec;43(4):496-518
24. Eberhard A, Widrig CA, McBath P, Schineller JB. Analogs of the autoinducer of bioluminescence
in Vibrio fischeri. Arch Microbiol. 1986 Oct;146(1):35-40
25. Cloak OM, Solow BT, Briggs CE, Chen CY, Fratamico PM. Quorum sensing and production of
autoinducer-2 in Campylobacter spp., Escherichia coli O157:H7, and Salmonella enterica serovar
Typhimurium in foods. Appl Environ Microbiol. (2002 Sep;68(9):4666-71
26. Sutherland I. Biofilm exopolysaccharides: a strong and sticky framework. Microbiology. 2001
Jan;147(Pt 1):3-9. Review
27. Marsh PD. Are dental diseases examples of ecological catastrophes? Microbiology. 2003 Feb;149
(Pt 2):279-94.
28. Biedlingmaier JF, Samaranayake R, Whelan P. Resistance to biofilm formation on otologic
implant materials. Otolaryngol Head Neck Surg. 1998 Apr;118(4):444-51
29. Chenier MR, Beaumier D, Roy R, Driscoll BT, Lawrence JR, Greer CW. Impact of seasonal
variations and nutrient inputs on nitrogen cycling and degradation of hexadecane by replicated
river biofilms. Appl Environ Microbiol. 2003 Sep;69(9):5170-7.
68
30. Costerton JW, Stewart PS, Greenberg EP. Bacterial biofilms: a common cause of persistent
infections., Science. 1999 May 21;284(5418):1318-22
31. Chole RA, Faddis BT. Evidence for microbial biofilms in cholesteatomas. Arch Otolaryngol Head
Neck Surg. 2002 Oct;128(10):1129-33.
32. Brook I. Failure of penicillin to eradicate group A beta-hemolytic streptococci tonsillitis: causes
and management. J Otolaryngol. 2001 Dec;30(6):324-9. Review
33. Singh PK et al. A component of inate immunity prevents bacterial biofilm development. Nature
417, 552 – 555,(2002)
34. Manefield M, de Nys R, Kumar N, Read R, Givskov M, Steinberg P, Kjelleberg S.Evidence that
halogenated furanones from Delisea pulchra inhibit acylated homoserine lactone (AHL)-mediated
gene expression by displacing the AHL signal from its receptor protein. Microbiology. 1999
Feb;145 ( Pt 2):283-91.
35. Altinbas U, Ozturk I. Comparison of intermittently aerated continuous and batch biofilm reactor in
nutrient removal. Water Sci Technol. 2003;48(11-12):371-6.
69