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BIOQUIMICA DEL BIOFILM

GINGIVOPERIODONTAL Y DE LA

RESPUESTA INFLAMATORIA

2013

Enfermedades Asociadas a Placa -Cariología y PeriodontologíaFacultad de Odontología

Universidad de Buenos Aires

Secuencia de eventos en la enfermedad periodontal

Placa supragingival marginal

Cálculo supragingival

Inflamación

Inflamación, destrucción tisular, pérdida ósea

Productos tóxicosPlaca subgingival

Cálculo subgingival

Metabolismo nitrogenado

retención de placa

fluído gingival

pH>7

Bolsa periodontal

ENDOGENOS

NUTRIENTES

EXOGENOS

� Proveen energía� Suministran materia prima para síntesis de compuestos celulares

� Fluido gingival � Tejidos del hospedador� Elementos figurados de la sangre (hemina)� Productos metabólicos de microorganismos

Concentración de proteínas totales en fluidos

Griffiths GS (2003). Formation, collection and significance of gingival crevice fluid. Periodontol 2000, 31:32-42.

Reacción de la arginina deaminasa

arginina + P + ADP Ornitina +2 NH 3 + ATP + CO2

decarboxilasa

ornitina + H + putrescina + CO 2

pH

Obtención de energía a partir de aminoácidos

Reacción de Stickland

pH

Obtención de energía a partir de aminoácidos

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La biopelícula posee una alta actividad de ureasa

Síntesis de aminoácidos

NH2 ureasaC=O + H

2O CO2 2 NH 3

NH2

+

Aminaciones reductivasNADH + H+ NAD+

α-cetoácido + NH3α-aminoácido + H2O

Ejemplos:

NADH + H+ NAD+

α-cetoglutarato + NH3 L- glutamato + H2O

NADH + H+ NAD +

piruvato + NH3

L-alanina + H 2O

Glucólisis

Síntesis de aminoácidos

� Veillonella metaboliza el ácido láctico generado por los

lactobacilos

� Alta disponibidad de arginina que se metaboliza

produciendo amoníaco. Rn de Stickland.

� Actividad de ureasa

pH alcalino

Metabolismo del biofilm subgingival

� Matriz orgánica

� Agentes nucleadores

� Concentración de iones (PI > Kps)

� pH adecuado

� Características: localización, dureza, homogeneidad, color.

Cálculo dental

Biofilm subgingival

Productos metabólicos,toxinas, enzimas

Respuesta innata del huésped

INFLAMACION

Biofilm subgingival

Productos metabólicos,enzimas, toxinas. Respuesta innata del huésped

GINGIVITIS

PERIODONTITIS

?

INFLAMACIONMecanismos inmunológicos

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Bacterias

� Productos metabólicos

� Enzimas

� Toxinas

Bacterias

� Productos metabólicos

� ácidos grasos de cadena corta

(AGCC): propiónico,butírico

� aminas

� amoníaco

� indol

� sulfhídrico

� poliaminas: cadaverina, putrescina

Membrana celular

Placa Citoplasma

NH4+ + HO- H2O+ NH3 NH3 + H2O

HO- + NH4+

núcleo

� Productos metabólicos

Acidos grasos de cadena corta (AGCC):

propiónico, butírico

� Inhiben la proliferación celular (fibroblastos gingivales)

� Disminuyen la capacidad fagocítica de los PMN

Bacterias

� Enzimas

� colagenasa bacteriana

� proteasa similar a la tripsina

� elastasa

� hialuronidasa

� condroitín sulfatasa

� fosfolipasa A

� aminopeptidasas

� fibrinolisina

� fosfatasas

� queratinasas

Bacterias

� Toxinas

� Exotoxinas: epiteliotoxinas

(Porphyromonas gingivales y

Aa) y leucotoxinas (Aa)

� Endotoxinas: LPS

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� Activación del complemento

� Inducen la apoptosis de fibroblastos

� Efecto citotóxico directo sobre fibroblastos

� Efecto anti-apoptosis sobre neutrófilos

� Inhiben la formación de osteoblastos

Funciones de las endotoxinasBacterias de la placa:PAMPS (patrones moleculares asociados a microorganismos)

Células del hospedero:Sistema de complemento, TLRs, NOD

Marsh PD, Devine DA (2011). How is the development of dental biofilms influenced by the host? J Clin Periodontol, 38 (Suppl 11):28-35.

Inmunidad innata

Fluido gingival: transudado- exudado

1- Descamación

2- Efecto embudo

3- Liberan β-defensinas y

enzimas lisosomales

4- Activadas por los PAMPS

secretan quimiocinas y

citoquinas (IL-1, IL-6, TNFα.) y

activan PMN.

5- Los PMN migran al epitelio.

Funciones del epitelio de unión

Pöllänen MT, Salonen J, Uitto V (2003). Structure and function of the tooth–epithelial interface in health and disease. Periodontology 2000, 31: 12-31.

Inflamación

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Inflamación

HistaminaSerotoninaEnzimas lisosomales

ProstaglandinasLeucotrienosEROsNOCitoquinas

Inflamación

InflamaciónMediadores químicos proinflamatorios

8 Sistema de complemento: C3a, C5a

8 Aminas vasoactivas: histamina, serotonina

+8 Citoquinas (interleuquinas) y quimiocinas: IL-1, IL -6, TNF-α, IL-8,

MCP-1.

8 Metabolitos del ácido araquidónico: PGE 2, PG12, tromboxanos,

leucotrienos

8 Especies reactivas del oxígeno (radicales libres)

8 Oxido nítrico

� Las células fagocíticas estimuladas además liberan

metaloproteinasas (MMPs), especies reactivas del oxígeno (EROs)

y óxido nítrico

1. Metaloproteinasas

• Familia de enzimas Zn dependientes.

• Colagenasas, gelatinasas, etc.

• Función: degradación de la matriz extracelular

• En salud: fibroblastos y células epiteliales

• En enfermedad: fibroblastos, células del epitelio de

unión, PMN, macrófagos, OB y OC

• Inhibidores

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2. Especies reactivas del oxígeno o radicales libres

� Son moléculas o átomos con electrones sin aparear

siendo estructuras muy inestable. Reaccionan

rápidamente con otras sustancias y su vida media es

muy corta (10 -6 seg).

Esquema de la secuencia de reducciones parciales de l

oxígeno y de los sistemas de defensa específicos

Especies reactivas del oxígeno y enfermedad periodontal

LPS

EROs

Fibroblastos

PMN

Chapple IL, Matthews JB (2007). The role of reactive oxygen and antioxidant species in periodontal tissue destruction. Periodontol 2000; 43:160-232. Review.

Eventos relacionados a situaciones de estrés oxidat ivo

Eventos relacionados a situaciones de estrés oxidat ivo

ESTRÉS OXIDATIVO

3. Óxido nítrico

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Otros mediadores químicos de la inflamación

Inflamación

Garlet GP (2010). Destructive and protective roles of cytokines in periodontitis: a re-appraisal from host defense and tissue destruction viewpoints. J Dent Res. 89(12):1349-63.

Destrucción de fibras de colágeno en la enfermedad periodontal

MMPs

Vía indirecta Vía directa

LPS LPS

Citoquinas pro-inflamatorias

RANK-L

RANKTNFα

IL-1

OsteoblastosFibroblastosLinfocitosMacrófagos

Osteoblastosinactivos

OsteoblastosLT Th1

Osteoblastosactivos

Osteoclasto inactivo

Osteoclasto activo

Resorción ósea en la enfermedad periodontalSalud Equilibrio

Enfermedad Desequilibrio

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Control de la inflamación en la enfermedad periodontal

Efecto anti-inflamatorio

Resolución

Acidos Grasos-ω6 Acidos Grasos-ω3

lipoxinas resolvinas

Θ neutrófilos

Van Dyke TE (2011). Proresolving lipid mediators: potential for prevention and treatment of periodontitis. J Clin Periodontol 38 Suppl 11:119-25.

OPG vs RANKL

Mecanismos compensatorios

Garlet GP (2010). Destructive and protective roles of cytokines in periodontitis: a re-appraisal from host defense and tissue destruction viewpoints. J Dent Res 89(12):1349-63.

MMPs vs TIMPs Th1 vs Th2

Mecanismos compensatorios

Garlet GP (2010). Destructive and protective roles of cytokines in periodontitis: a re-appraisal from host defense and tissue destruction viewpoints. J Dent Res 89(12):1349-63.

Garlet GP (2010). Destructive and protective roles of cytokines in periodontitis: a re-appraisal from host defense and tissue destruction viewpoints. J Dent Res 89(12):1349-63.

Periodontitis

Inmunidad innata pobreBacterias periodontopáticasActivación policlonal de LB

Th2

Producción de Ac no protectora

Lesión progresiva

Gingivitis

Inmunidad innata

Th1

Inmunidad celular&

Producción de Ac protectora

Lesión estable

¿Gingivitis o periodontitis? Factores de riesgo ambientales y adquiridos

Factores de riesgo genéticos

Signos clínicos de

inicio y progresión de enfermedad

Respuesta inmuno-

inflamatoria del huésped

Tejido conectivo,

hueso

Mic

roor

gani

smos

Ac

PMN

Ag

LPS

Otros factores de virulencia

CitoquinasProstanoides

MMPs

OPG/RANKLMMPs/TIMPsIL/IlraPG/resolvinasTh1/Th2

Kornman KS (2008). Mapping the Pathogenesis of Periodntitis: a new look. J Periodontol; 79(8 Suppl):1560-8. Review.