Etiologie a patogeneze parodontopatií Jan Vokurka vok@mail.muni.cz parodontologické oddělení Stomatologická klinika FNUSA a LFMU, Brno Obsah • Historie mikrobiologie • Zubní plak • Zubní kámen • Parodontitida – Rizikové faktory – Histopatologie – Epidemiologie Historie mikrobiologie Konec 19. století – rozvoj klinické mikrobiologie Louis Pasteur (27. 12. 1822 – 28. 9. 1895)  Zakladatel mikrobiologie  mikrobiální patogeny způsobují systémová onemocnění Historie mikrobiologie Joseph Lister (5. 4. 1827 - 10. 2. 1912)  Zavedení antisepse  konkrétní organismy způsobují konkrétní onemocnění Historie mikrobiologie • Robert Koch (11. 12. 1843 – 27. 5. 1910) • Kochovy postuláty Mikrobiologie v parodontologii  60.-70. léta 20. století – vědecké zkoumání zubního plaku (diverzita mikrobiálního ekosystému, pH, redoxní potenciál, vliv nutrice)  Loesche, 1976  nespecifická hypotéza plaku  specifická hypotéza plaku Nespecifická hypotéza plaku  Působení odpadových produktů ústní flóry způsobuje onemocnění parodontu  Velké množství odpadových produktů nakonec překoná obranné mechanismy  Všechny mikroorganismy přispívají ke vzniku onemocnění  Orální hygiena, která odstraňuje největší množství z celkového objemu bakterií, je nejúčinnější Specifická hypotéza plaku Pouze určité mikroorganismy v plaku jsou patogenní Specifické mikroorganismy mění imunitní a zánětlivou odpověď hostujícího organismu Socranskyho kritéria  Asociace: patogen je v nemocné tkáni nalézán častěji a ve vyšších množstvích než ve tkáni zdravé  Eliminace: Odstranění patogenu by mělo vyvolat konec nebo remisi onemocnění  Odpověď hostitele: U konkrétního patogenu, který vyvolává destrukci tkáně, by měla vzniknout odpověď hostitele  Virulentní faktory: Vlastnosti předpokládaného patogenu, které mají způsobovat destrukci hostitelské tkáně by měly být prokázány  Zvířecí studie: Schopnosti předpokládaného patogenu, který způsobuje onemocnění, by měly být prokázány na zvířecím modelu Rozdělení mikroorganismů • Planktonické x sesilní (biofilm) • Gram pozitivní (G+) x gram negativní (G-) • Aerobní x fakultativně anaerobní x anaerobní • Supragingivální x subgingivální • Tyčinky x koky x spirochety • Časní x pozdní kolonizátoři Biofilm „Sesilní komunita mikrobů skládající se z buněk, které jsou trvale připojeny k substrátu nebo povrchu nebo k sobě navzájem, které jsou obklopeny extracelulární hmotou a které jsou schopny měnit fenotyp v závislosti na růstu a genové transkripci“ Donlan, 2002 Zubní plak = biofilm • Bakterie v extracelulární matrix Zubní plak • Měkký, strukturovaný, přilnavý povlak zubu, který nelze odstranit vodní sprejí Hellwig 2003 Materna alba • „Zubní povlak na zubech, gingivě a plaku, který je na rozdíl od plaku vodní sprejí odstranitelný“ • „Materna alba je bělavá, nestrukturovaná hmota volně agregovaných bakterií, leukocytů a zbytků epitelu“ Hellwig 2003 Zbytky potravy • Nejsou patogenní • Jsou to retenční místa pro plak Zubní plak • Více než 700 druhů bakterií • V parodontálním chobotu více než 300 druhů • Tvorba biofilmu je jedním z hlavních obranných mechanizmů bakterií • Nízká prostupnost léčiv (antiseptik, ATB) Zubní plak • Zdravý sulkus 103 bakterií • Parodontální chobot 108 bakterií • Supragingiválně na jednom zubu až 109 bakterií • Vyvážený ekosystém dutiny ústní nezpůsobí onemocnění • Pouze přítomnost parapatogenů neznačí existenci parodontitidy Infekce plic • Streptococcus pneumoniae • M. tuberculosis • Klebsiella pneumoniae • Legionella pneumophilia Infekce GIT • Salmonella typhi • Shigella dysenteriae • Vibrio cholerae • Escherichia coli • Campylobacter Infekce parodontu • Aggregatibacter actinomycetemcomitans • Tannerella forsythia • Campylobacter rectus • Eubacterium nodatum • Fusobacterium nucleatum • Peptostreptococcus micros • Porphyromonas gingivalis • Prevotella intermedia • Prevotella nigrescens • Streptococcus intermedius • Treponema sp. (Haffajee & Socransky 1994) Mikrobiální komplexy Socransky 1992 Stádia biofilmu Thomas 2006 • Získaná pelikula • Časná kolonizace • Pozdní kolonizace • Vyzrálý biofilm Pelikula • µm silná glykoproteinová vrstva • Vznik sekundy - minuty Časní kolonizátoři • Vazba na pelikulu (reverzibilní a ireverzibilní) • G+ koky (streptokoky; Ss) a postupně G+ tyčinky • G+ filamenta (Aktinomycety; Av) Pozdní kolonizátoři • Vazba na časné kolonizátory • Veillonelly, fusobakterie a další G- bakterie Změny v biofilmu aerobní anaerobní zásadité pH kyselé pH planktonické bakterie sesilní bakterie G+ Gsupragingivální subgingivální koky tyčinky Vlastnosti bakterií v biofilmu • Těsný kontakt • Výměna metabolitů • Komunikace signálními molekulami • Výměna genetických informací (Kolenbrander 2006) Výživa bakterií v biofilmu • Molekulární difuze v hlubších vrstvách • Povrchové vrstvy ze sliny • Hluboké vrstvy z mrtvých a rozpadlých bakterií • fruktany a glukany (dextrany) jako zásoba energie • Mutany vystužují matrix jako kolagen ve tkáni Vliv stravy na biofilm • Značný vliv v počáteční fázi (cukry) • Nízký vliv na vyzrálý biofilm Co (ne)způsobí biofilm • Sterilní experimentální zvířata nemají parodontopatie • Nepřítomnost bakterií = zdravý parodont • Je možná prevence parodontopatií? Zubní kámen • Mineralizovaný zubní plak • Retenční místo plaku • Supragingivální • Subgingivální • Tvorba závislá na – množství zubního plaku – množství a kvalitě sliny (sulkulární tekutiny) Supragingivální zubní kámen • Nažloutlý až hnědý • Lokalizace – Lingvální strana dolních frontálních zubů – Bukální strana horních molárů • Obsah minerálů 37% (16-51%), ojediněle až 80% Subgingivální zubní kámen • Hnědý až černý • Hrubý povrch • „ostruhy“ na RTG • Obsah minerálů 58% (32-78%) • Zubní kámen nezpůsobuje parodontitidu, vždy je pokryt vrstvou zubního plaku • Sterilní zubní kámen nezpůsobuje zánět Allen & Kerr 1965 Mineralizace zubního kamene • Intracelulární v bakteriální kolonii • Extracelulární v matrix • CaH (PO4) × 2H2O - brushit (B) • Ca4H (PO4)3 × 2H2O - okta kalcium fosfát (OCP) • Ca5(PO4)3 × OH - hydroxyapatit (HA) • β-Ca3(PO4)2 - whitlokit (W) Parodontopatie • Gingivitidy • Parodontitidy • Plakem – podmíněné – modifikované Parodontitida • „zánětlivé onemocněni podpůrných tkání zubu způsobené specifickými mikroorganismy, které vyústí v progresivní destrukci parodontálních ligament a alveolární kosti, tvorbu parodontálních chobotů a ústup tkání závěsného aparátu“ Parodontitida • Zánětlivé onemocnění závěsného aparátu s úbytkem kosti Parodontitida x gingivitida • Rozhoduje přítomnost klinické ztráty attachmentu • Reverzibilita onemocnění Jedinečnost parodontální infekce • Zub je v kontaktu jak s vnějším tak s vnitřním prostředím • Zub nemá schopnost eliminovat biofilm jako epitel • Zdroj infekce neznámý (rodiče, příbuzní) van Steenbergen 1993; Preus 1994 Zánět • Zánětlivé známky jako jsou otok, bolestivost, změna barvy, tvaru a konzistence NEMUSÍ být přítomny u všech pacientů se ztrátou attachmentu • Ale přítomnost BOP+ je spolehlivým indikátorem aktivní fáze onemocnění Rizikové faktory parodontitidy • Mikrobiální – Specifické parodontální patogeny – Patogenní potenciál biofilmu – Celková mikrobiální nálož • Systémové – Diabetes mellitus – Genetická predispozice – Pohlaví, etnicita – Osteoporóza – HIV – Psychika upraveno z Lamster 2006 Rizikové faktory parodontitidy • Faktory chování – Tabák a kouření cigaret – Spolupráce pacienta • Lokální faktory – Nedokonalé výplně – Zubní kazy – Stěstnání, malokluze, furkace – Bruxismus upraveno z Lamster 2006 Věk a parodontitida • Vyšší věk zvyšuje riziko ztráty závěsného aparátu van der Velden 1984 • Vliv věku je pouze kumulací dlouhodobého působení pravých rizikových faktorů Papapanou 1991 • Vliv věku na hloubku para chobotů je minimální Albandar 2002 Pohlaví a parodontitida • Mnoho studií udává vyšší susceptibilitu u mužů • Horší orální hygiena u mužů? Hugoson 1998 • Existuje vliv pohlavních hormonů? Rasa a parodontitida • Afroameričané Mexičané běloši NHANES • Nejasný vliv socioekonomického statusu Genetika a parodontitida • Parodontitida je multifaktoriální onemocnění • Existuje jeden zodpovědný polymorfizmus? • Polymorfizmy v genu pro – IL1ßGore 1998, Armitage 2000 – IL2, IL6, IL10, TGF-ß1, CD14, MMP1, MMP3 Holla 2002, 2004, 2010 – IL18 a MMP9 Vokurka 2009 Specifická infekce a parodontitida • Mikrobiální etiologie – gingivitidy Löe 1965 – parodontitidy Lindhe 1975 • Socranskyho kritéria Haffajee and Socransky 1994 • Aggregatibacter actinomycetemcomitans • Porphyromonas gingivalis • Tanerella forsythia Kouření a parodontitida • Kouření má vliv na – Vazokonstrikci cév – Humorální a buněčnou imunitní odpověď – Buněčnou signalizaci – Homeostázu tkání • Rozdíly ve složení plaku (více parapatogenů u kuřáků) • 42% parodontitid souvisí s kouřením a 11% s ukončeným kouřením NHANES III • Horší odpověď na léčbu u kuřáků Ah 1994 Diabetes mellitus (DM) a parodontitida • U dlouhodobě nemocných a se špatnou kontrolou glykémie je vyšší riziko Taylor 1996 • vážnější gingivitida u DM I typu u dětí Pommereau 1992 • Oboustranný vztah (DM parodontitida) Lalla 2000 Obezita a parodontitida • Zvýšená zánětlivá odpověď • Alterovaný metabolismus lipidů Saito 1998 Osteoporóza a parodontitida • Nejasný vztah HIV a parodontitida • V 80. létech silná asociace Winker 1987 • HAART snížila incidenci parodontitidy u HIV+ Chapple 2000 • Úroveň CD4 není ve vztahu k závažnosti parodontitidy Vastardis 2003 • Protichůdné výsledky • Není konsenzus na vztah HIV a parodontitidy Stres a parodontitida • Deprese u myší vede k oslabení parodontálních ligament Breivik 2006 • Chybí průkazné studie, ale souvislost může existovat Histopatologie parodontitid • Fáze ▫ Iniciální ▫ Časná ▫ Rozvinutá ▫ Pokročilá Page a Schroeder 1976 Iniciální fáze • Zvýšení počtu leukocytů, lymfocytů a plasmocytů v sulkulární tekutině • Rozšiřování kapilárního cévního řečiště (histamin, serotonin) • Rozvolňování intercelulárních spojů (edém) • Vyplavování neutrofilů • Počátek rozvolňování kolagenu • Zvýšená exsudace z gingiválního sulku • Reverzibilní Časná fáze • Silný leukocytární infiltrát • Vysoká aktivita sulkulární tekutiny • Ztráta 50-60% kolagenu • Zvětšení objemu fibroblastů • Zvýšená proliferace buněk (počátek vrůstání epitelu do vazivové tkáně) Rozvinutá fáze • Vázána na subgingivální plak • Produkce protilátek plazmatickými buňkami • Pokračuje destrukce kolagenu • Rozvolnění a apikální migrace junkčního epitelu • Ještě reverzibilní (není destrukce kosti) Pokročilá fáze • Tvorba parodontálních chobotů • Destrukce závěsného aparátu včetně alveolární kosti • Přeměna závěsného aparátu na fibrotickou tkáň • Nejdříve postižena interdentální septa Obrana hostitele na zánět • zánětlivá reakce – Nespecifická – Specifická Nespecifická zánětlivá reakce • Zvýšení permeability cév z ▫ buněk a tkání - histamin, serotonin, PGE, lysozomy, lymfokiny ▫ krve – bradykinin, kalikterin, aktivátor plazminogenu, složky komplementu • Polymorfonukleární (PMN) infiltrace ▫ Fagocytóza (opsonizace) ▫ Lysozomální degradace ▫ Uvolňování kolagenáz ▫ Chemotaxe PMN  Exogenní – peptidy z bakterií  Endogenní – od hostitele (PGE, LTA, komplement)  A.a. má schopnost omezit chemotaxi PMN Specifická zánětlivá reakce • Humorální reakce • B-lymfocyty po kontaktu s Ag plazmatické bb. • Plazmatické bb. produkují imunoglobuliny ▫ IgG - opsonizace ▫ sIgA – ochrana sliznic před vaznou bakterií ▫ IgE – vazba na mastocyty a bazofilní granulocyty ▫ IgM – komplex Ag-Ab – aglutinace a neutralizace Ag • Komplement (C3a, C5a, C5b) – chemotaxe neutrofilů, opsonizace, uvolnění histaminu z mastocytů, aktivace B-lymfocytů, hemolýza Specifická zánětlivá reakce • Buněčná reakce • Kontakt Ag s T-lymfocytem • T-lymfocyt uvolní lymfokiny ▫ Chemotaxe PMN ▫ Regulace  B a T lymfocytů  Proliferace fibroblastů  produkce kolagenu ▫ Aktivace osteoklastů ▫ Cytolýza buněk hostitele Mediátory zánětu • Prostaglandiny (PGE) – Vazodilatace – Aktivace osteoklastů – Zvýšení cévní permeability – Regulace agregace trombocytů • Leukotrieny (LTA) • Bradykinin • Interleukiny (IL1ß) Destrukce parodontu • Bakterie zubního plaku produkují – enzymy (kolagenázy, matrixmetaloproteinázy, hyaluronidázy, chondroitinsulfatázy, neuraminidázy) – Metabolity (amoniak, indol, sirovodík) – Endotoxiny (lipopolysacharidy) – Exotoxiny (leukotoxiny) Epidemiologie • studium zdravotního stavu v populaci • Kdo? • Kdy? • Kde ? • Proč ? • Co? • Jak? • Deskriptivní - popis stavu, formulace hypotéz • Analytická - testování hypotéz, stanovení závěrů Základní pojmy • Prevalence – počet nemocných osob v dané populaci k určitému datu • Incidence – počet nových onemocnění v definovaném časovém období • Susceptibilita – vnímavost jedince k onemocnění Epidemiologie parodontopatií • Přirozený průběh nemoci • Výskyt a četnost onemocnění parodontu • Rizikové faktory • Účinnost preventivních opatření • Účinnost terapeutických opatření • Potřeba léčby obyvatelstva • Multifaktoriální charakter parodontopatií • Absolutní prevalence ↑ (délka života ↑, počet zubů ↑) Epidemiologie parodontopatií • Prevalence – u dospělých téměř 100% výskyt gingivitidy a parodontitidy • Longitudinální studie parodontitidy Löe 1978 10% bez parodontitidy 80% mírný průběh 10% destruktivní parodontitida Agresivní parodontitida • Prevalence 0,1% • Muži : ženy = 1 : 1 • Vyšší susceptibilita – Afroameričané – Kuřáci