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Prevention 

Lec.13                            Diet and dental  caries

          Dr.Jihan  Abdulhussein 

The role diet and nutrition in the etiology and pathogenesis of caries may be viewed 
as  systemic  and  local  effect  In  general,  the  term  diet  refers  to  food  and  drink 

consumption (diaita ‘way of life’) while nutrition refers to a process by which living 
organisms  physiologically  absorb  and  metabolize  food  to  ensure  growth,  energy 
production,  repair  of  tissue  and  ultimately  reproduction  of  the  sp ecies  (nutritio  ‘to 
nourish’). 

The relationship between diet and dental caries  
Dental  caries  is  a  progressive  microbial  disease  of  multifactorial  nature  and  is 
strongly  affected  by  diet.  Diet  affect  the  integrity  of  teeth;  quantity,  pH,  and 
composition of the saliva; and plaque pH. 

 

Role of carbohydrates in caries development  

Dietary  carbohydrates  exert  their  cariogenic  effect  locally  on  tooth  surface  by 
influence  the  quality  and  quantity  of  dental  plaque.  Dental  caries  occurs  as  plaque 
bacteria  metabolize  fermentable  carbohydrate,  producing  organic  acids.  These 
acids  diffuse  through  the  plaque  into  the  enamel  and  dissolve  mineral.  If  mineral 
diffuses  out  of  the  tooth  and  into  the  oral  environment,  then  demineralization 
occurs. If the process is reversed the damaged crystal are rebuilt (reminerilization).   
Caries occurs when demineralization exceeds remineralization. 

  

 

Carbohydrate  is  an  essential  nutrient  and  can  be  classified  in  to  three  main 
categories:   

1- Free-form monosaccharide (simple sugars) include glucose and fructose which 
are  found  naturally  in  fruit,  vegetables  and  honey  while  galactose  occur  only  as  a 
result of the breakdown during digestion of lactose.  

2-Disaccharides  (two  simple  sugar  molecules  linked  together):  the  most 
common:  

Sucrose  (refined  from  sugar  cane  or  sugar  beets,  it’s  a  major  part  of  dietary 

sugar)  formed  when  one  molecules  of  glucose  combine  with  one  molecules  of 
fructose.  

Lactose  is  formed  when  a  molecule  of  glucose  combine  in  a  molecules  of 

galactose (milk  sugar).  

Maltose is formed when two molecules of glucose combine; it is mainly derived 

from hydrolysis of the starch.  

Fermentable carbohydrate: any carbohydrate that can be hydrolyzed by salivary 
amylase and subsequently fermented by bacteria
 


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3-Polysaccharides: the polysaccharides not sugar.  

All  polysaccharides  are  made  up  of  many  individual  sugar  molecules,  usually 
glucose, joined together. The digestible forminclude starch, which is found in rice, 
potatoes, peas; about half of dietary carbohydrates are composed of starch. 

Types of study providing evidence for the relationship between diet and caries 
development
The evidence come from a number of type of studies, these include:   
Observational (epidemiological) studies: Numerous world-wide  epidemiological 
studies show that caries prevalence is low in population adhering  to a primitive  way 
of living  and a diet of local products with little  sugar.  
Interventional studies

in which diets of groups of people are purposefully altered 

and  the  effect  of this intervention observed. Those that have been reported are 
now decades old and were conducted on highly selected groups of people, before 
the strong link between sugars and caries was established. Such studies would not 
be possible to repeat today because of ethical constraints they include. 

The Hopewood House was an orphanage in Australia. From its beginning sugar and 
other  refined  carbohydrate  were  excluded  from  the  children  diet.  Dental surveys of 
these  children  from  the  ages  of  5-11  years  revealed  a  greatly  reduced  caries 
incidence compared the state school population in that age group. When the children 
became  old  enough  to  earn  wages  in  the  outside  economy,  they  deviated  from  the 
original  diet.  A  steep  increase  of  decayed missing and filled teeth (DMFT) after the 
age  of  11  years  indicates  that  the  teeth  did  not acquire any permanent resistance to 
caries  

The Vipeholm study was conducted shortly after the Second World War in an adult 
mental  institution  in  Sweden  between  1945-1953.  The  study  investigated  the  effect 
of  consuming  sugary  foods  of  varying  stickiness  (i.e  different  oral  retention  times) 
and  at  different  time throughout the day on the development of caries by measuring 
caries increment  in subjects. 

Main conclusions of the Vipeholm study:  

  when  consumed  in  large  amounts,  had  little  effect  on  caries 

increment  if it was ingested up to a maximum  of four times a day at mealtimes  only   

f sugar in between meals was associated with a marked increase in 

dental caries  

- rich foods  

 

Animal studies: various animal experiments were conducted to evaluate the effect 

of sugar intake.  


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Enamel slab experiments: These observe the effects of diet on demineralization in 
slabs  of  enamel  (cut  from  extracted  teeth)  which  are  held  in  the  mouth  of  human 
volunteers in  a removable plate constructed like an orthodontic appliance.  

Plaque pH studies: This type of experiment investigates  the effect of food, meals, or 
component of foods on the pH of dental plaque. These studies are relatively easy to 
do,  but  they  measure  acidogenicity  of  diet  rather  than  cariogenicity  (only  an 
indication  of the possible effect of diet on the development of dental caries).   

Incubation  studies:  these  are  the  simplest  but  weakest  method.  Test  foods  are 
incubated  with  plaque  or  saliva  (which  contains  plaque  organisms)  and  the  rate  of 
acid production is recorded. In some experiments, whole enamel, powdered enamel, 
or  calcium  phosphate  are  added  to  the  saliva/substrate  mixture  and  the  rate  of 
dissolution of mineral  is taken as a measure of cariogenic  potential. 

The basic Stephan curve  

The resting PH of dental plaque was mostly between pH 6.5 and 7, the term resting 
plaque  
refers  to  plaque  2-2.5  hours  after  the last intake of carbohydrate. But when 
the  plaque  exposed  to  sucrose  or  glucose, the pH of plaque falls rapidly below the 
critical  value  within  2-5 minutes. 

(the  value  of  pH  5.5  has  become  accepted  as  critical  pH  below  which  dental 
enamel will begin to dissolve because the environment is no longer saturated with 
enamel  mineral)
,  this  rapid  fall  was then followed by slow recovery over the next 
30-60minutes.  The  plot  of  plaque  pH  against  time  has  become  known  as  the 
Stephan curve

 

 

 

 

 

 

The  rapidity  with  which  the  pH falls is a reflection of 
speed on which sucrose come diffuse in to plaque and 
the activity of the concentration of enzymes produced 
by the great number of bacteria in the plaque. The slow 
rate  of  recovery  to  the  resting  pH,  critical  factor  in 
caries production depend mainly on 
 

Rapid  production  of  high  concentration  of  acids 

within  the  plaque,  temporarily  overcomes  local 
buffering 
 

Escape of acids in to saliva, delayed by the diffusion-

limiting properties of plaque and its thickness  

Diffusion  of  salivary buffers in to plaque hampered 

by  the  diffusion-limiting  prope rtie s  of  plaque   and  its 
thickness 
 

Continued  sugar  production  from  bacte rial 

intracellular polysaccharides  


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Caries  free  subjects  tend  to  have  a  slightly  higher  resting  plaque  pH,  a  higher 
minimum  pH  following  consumption  of  fermentable  carbohydrate  and  a  faster 
return to resting levels, when compared with caries susceptible subjects (as shown in 
figure  above). 

Factors affecting food cariogenicity: 

1-Types of carbohydrates  

For  dental  health  purpose  ,  there  is  no  evidence  from  epidemiological  studies  that 
sugar  located  within  the  cellular  structure  of  a  food  are  harmful  to  teeth,  and 
therefore  it  is  important  to  distinguish  between  these  and  sugars  in  free  form, 
therefore  they  classified  sugars  for  dental  health  purpose  into intrinsic and extrinsic 
sugars, extrinsic sugar were subdivided into milk sugars (as lactose naturally present 
in  milk  is not thought to be harmful to the teeth) and non milk extrinsic sugar which 
include all added sugars and sugars present in fruit juices, hony and syrups. In term 

of  dental  caries,  it’s the intake of non milk extrinsic sugar (or free sugars) that need 
to be reduced. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

total sugar

 

Extrinsic  sugars  that 

located  outside the 

cellular structure  of 

foods

 

Intrinsic  sugars  that 

Located  within  the 

cellular structure  of 

foods

 

Non – milk extrinsic sugars  that 

include all added  sugars  and  sugars 

present in fruit juices, honey  and 

syrups

 

Milk sugars  that  naturally  present in 

milk and milk products

 

Sucrose is the most abundant sugar. It is used by food manufacturers all  over the world as a 
food ingredient.   
For several reasons sucrose has been called the arch-criminal in dental caries. The 
epidemiological evidence for sucrose as the cause of dental caries: 
 

 

The decline in caries prevalence during wartime sucrose shortages  
The rise of caries prevalence with increasing availability of sucrose  
Archaeological evidence of low caries prevalence in eras before sucrose became freely 

available  

Low caries prevalence in disorders of sucrose metabolism hereditary fructose 

intolerance 

There seems to be little difference in the cariogenicity of glucose, fructose, and maltose, but 

the same source of evidence show that lactose is less cariogenic

 


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Sucrose  is  unique  because  it  is  a  substrate  for  extracellular  dextrin  synthesis  by  S. 
mutans
. The cariogenicity of plaque depend on its ability   

   to adhere to the teeth,  

   to resist dissolution by saliva and  

   its protection of bacterial acids from salivary buffering.   

These  properties  depend  on  the  formation  of  insoluble  polysaccharides  produced 
particularly  by  cariogenic  strains  of  S.  mutans.  In  addition,  colonization  by  S. 
mutans (cariogenic bacteria) is highly  dependent on the sucrose content of the diet 

In the absence of sucrose, S. mutans cannot colonize the mouth, therefore its plaque 
counts appear to depend on the sucrose content of the diet.  

Nevertheless, no sugar has been shown to be more cariogenic than sucrose and, it 
is  the  most  widely  available  dietary sugar, it is has been subject of the greatest 
criticism. 
 

Starch:  Starch  constitutes  a  heterogeneous  food  group, it may be highly refined or 
consumed  in  its  natural  state,  it may be consumed raw or in cooked form- all these 
factors  should  be  considered  when  assessing  the  cariogenicity  of  starches.  They 
argue  that  all  carbohydrate  including  starch  cause  dental  caries,  because  although 
the  starch  (polysaccharide)  molecules  are,  too  large  to  diffuse  into  the  plaque, 
however  they  are  broken  down  by  salivary amylase releasing  maltose, maltotriose, 
and  glucose  
that  may  be  metabolized  by  oral  bacteria  to  produce acids that cause 
dental caries. 

 

 

The  starch  granules  of plants are only slowly attacked by salivary amylase, because 
the starch is in an insoluble form and protected by cellulose membrane, therefore the 
cariogenicity  of  uncooked  starch  is  very  low.  Heating  at  temperature  used  in 
cooking  cause  a  partial  degradation  to  a  soluble form, which can be further broken 
down by salivary and bacterial  amylases to maltose, maltotriose, and glucose

2-Physical form of food and clearance time:  

In  addition  to  the  chemical  composition  of  food,  physical  and  organoleptic 
properties  (particle  size,  solubility,  adhesiveness,  texture  and  test) are important for 
cariogenicity,  since  they  influence  eating  pattern  and  oral  retention  of  the  foods. 
Diets  that  results  in  the  greater  retention  of  refined  carbohydrate  over  the  longest 
period are the most cariogenic.  

The  carbohydrate  in  various  drink  are  eliminated  within  5 minutes  while sweet such 
as  sugar  containing  chewing  gum,  toffees, lozenges generally give high oral sucrose 

Plaque pH drop very little following consumption of raw starch but soluble 

starch and starch containing food such as bread cause a pH fall which is 

somewhat smaller than with sugar

 


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concentration  and  clearance  time  from  40  minutes  for  chewing  gum  to  15-20 
minutes  for other sweets.  

The  texture  of  the  diet  is  also  important,  for both salivary secretion and elimination 
of  fermentable  carbohydrate  from  the  oral  cavity.  A  diet  that  require  thorough 
chewing  will  result  in  the  secretion  of  large  amount  of  saliva  with  a  high  pH  and 
strong  buffering  capacity,  in  contrast  to  a  finely  textured  diet  that  require  little 
mastication  tends to be retained in the oral cavity and eliminated  slowly. 

The  caries  producing  potential  could  possibly  be  reduced  by  modifying  their 
physical properties (roughage, adhesiveness, solubility). 
 

Practical way to speed up carbohydrate clearance are  

  tooth brushing immediately  after meal,  or  

  induction  of  rapid  salivary  flow  by  mechanical  or  gustatory  stimuli  through 

eating  tough or highly  flavored foods at the end of meals  

Chewing  sugar  free  chewing  gum  or  peanuts  immediately  after  eating  sugar  also 
speed  up  sugar  clearance  and  neutralization  of  plaque  acid  through  saliva 
stimulation   

Mouth  rinsing  with  water  has  a  very  limited  effect,  partly  because  it  is  generally 
done  too  late:  two  minutes  after  a  sucrose  challenge,  the  sugar  concentration  in 
saliva  is  usually  lower  than  that  in  plaque  so  rinsing  with  water  at  that  time  would 
not  be  expected  to  reduce  the  diffusion  of  sugar  into  plaque,  unless  the  sugar 
clearance were excessively  slow, as in xerostomic subjects.  

The  advantages  of  mouth  rinsing  after  meal  is  that  it  also  help  to  remove sugars in 
solution and food debris. 

Chewing sugar-cane yield a less pronounced pH drop and a quicker pH reco very in 
dental  plaque  than  is  seen  following  a  mouth  rinse  with  sucrose.  The  difference 
probably result from stimulation  of salivary  flow associated with the chewing   

It's often advised to consume sugar- rich foods at meal times rather than alone, or in 
between  meals;  This is because, when consumed with other foods the effect on pH 
is minimized  probably due to  

(1) The dilution  effect  

(2) The increased salivary  flow rate due to mastication of other foods  

Frequency of intake sugar and dental caries  

Frequent  intake  sugars  will  induce  a  prolonged  and intense acid attack on the tooth 
surface; moreover, the time  available  for reminerlization  is thus decreased.  


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The pH of dental plaque falls rapidly when sugar are eaten, the more occasion sugar 
is  taken  the  greater  the  number  of  times  plaque  pH  will  fall  below  a  level  where 
demineralization  can  occur  (critical  pH),  the  less  time there is for reminerilization to 
occur. 




رفعت المحاضرة من قبل: Mustafa Shaheen
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