Обширные микробиологические исследования инфекций пародонта, выполненные за последние 100 лет, привели к формулировке ряда гипотез о фундаментальной природе патогенеза заболевания. В любом случае бактерии в зубном налете признаны критически важным фактором в развитии воспалительной реакции в тканях пародонта, которая в конечном итоге может привести к разрушительной болезни.
Следовательно, в то время как процессы необратимого разрушения мягких тканей пародонта и костных опорных структур зубов происходят через хозяин-опосредованные механизмы, они зависят от стимуляции бактериальных механизмов. Однако основополагающие принципы каждой из этих гипотез существенно различаются.
Сначала полагали, что пародонтит возникал как кумулятивная реакция на все виды бактерий, обнаруженные в зубном налете. Эта гипотеза неспецифического налета предполагала, что критический фактор заболевания — не определенный микробный состав зубного налета, а величина общего бактериального воздействия, или количество зубного налета, соприкасающегося с тканями пародонта, определяющее баланс между здоровьем и болезнью.
Истоки этой гипотезы берут начало еще с конца XIX в., когда методы выделения и идентификации бактерий были еще в младенческом возрасте. Постепенно отношение к этому неспецифическому взгляду на этиологию становилось все более критическим. Во-первых, ясно, что само по себе большое скопление зубного налета у некоторых людей не приводит к разрушительной болезни или в некоторых случаях даже к слабо выраженным симптомам воспаления.
Кроме того, с развитием клинической микробиологии выявились значительные различия в микробном составе зубного налета, взятого из пораженных участков пародонта, по сравнению со здоровыми участками у того же пациента или у здоровых людей. По этим причинам взгляды на этиологию пародонтита изменились, и решающим фактором теперь считают присутствие и чрезмерное размножение специфических бактерий, патогенов пародонта.
С тех пор концептуальные рамки для большей части исследований микробной этиологии заболеваний пародонта обеспечивала гипотеза специфического зубного налета (Loesche, 1979). Более детальные исследования микробиоты привели к выявлению все большего числа видов бактерий, которые, видимо, в большей степени связаны с заболеванием, чем со здоровьем. Наблюдаемые закономерности связи определенных видов бактерий с различными клиническими условиями свидетельствовали в пользу гипотезы о специфических сочетаниях или комплексах видов, наиболее важных в развитии заболевания.
Важно отметить, что патогенность некоторых из этих видов-кандидатов, либо по отдельности, либо в сочетании, изучалась как in vivo, так и in vitro.
Это привело к пониманию биологических механизмов, с помощью которых эти микроорганизмы могли бы вызывать или подавлять воспалительный ответ и/или нарушать иммунную защиту тканей пародонта.
Диагностическое и лечебное применение гипотезы специфического налета очевидно. Если считать специфические виды бактерий движущей силой этого заболевания, а затем идентифицировать присутствие этих организмов у человека, это позволит прогнозировать клинический исход. Кроме того, клинически полезны должны быть стратегии лечения, направленные на устранение или, по крайней мере, контроль этих специфических микроорганизмов, а не на устранение всей популяции микроорганизмов.
Гипотеза специфического налета также поднимает вопрос о том, где и как эти организмы попадают в полость рта. Если они поступают экзогенно, то скорее передаются от другого человека, а не относятся к бактериальному сообществу микробиоты полости рта, приобретаемой в начале жизни. В этом случае были бы полезны стратегии, предотвращающие или ограничивающие передачу внутри человеческой популяции. Такая же стратегия предотвращения передачи более известных с медицинской точки зрения важных патогенов — признанная и успешная мера общественного здравоохранения.
Этот последний вопрос был впоследствии рассмотрен альтернативной гипотезой — гипотезой экологического образования зубного налета (Marsh, 2003). В данном тезисе влияние окружающей среды, в которой существуют бактерии зубного налета, имеет первостепенное значение. Разные способности различных бактерий расти и размножаться в различных условиях окружающей среды будет формировать баланс микробных сообществ на любом участке поверхности зуба.
К примеру, в зубодесневом кармане, где pH может возрасти более чем до 7, лучше будут расти бактерии, приспособленные к щелочной среде, побеждая в конкуренции с бактериями, для которых подходят более кислые условия. Аналогичным образом организмы, способные противостоять антимикробному воспалительному ответу хозяина, будут преобладать в воспаленных участках пародонта по сравнению с теми бактериями, которые не могут справиться с повреждающими факторами среды. Следовательно, состав микробных сообществ, характерный для болезни, будет зависеть от условий окружающей среды в области пораженного участка.
Сдвиги в условиях окружающей среды из-за, к примеру, введения различных питательных веществ, содержащихся в плазменном экссудате в виде GCF, приведут к сопутствующим изменениям в микробном сообществе. Организмы, ранее ограниченные в росте из-за, к примеру, очень низкой концентрации источника железа, гемина, будут иметь источник питания для увеличения их числа и получат способность конкурировать с бактериями, которые наиболее часто встречаются в состоянии здоровья, когда GCF отсутствует или ее мало.
Бактерии, способные противостоять поражающему действию мигрирующих фагоцитов, могут увеличиться в числе при гибели организмов, чувствительных к этим механизмам уничтожения. Образовавшееся вследствие такого отбора новое микробное сообщество окажет иное и потенциально более вредное воздействие на ткани пародонта, что приведет к эскалации воспаления в сочетании с нарушенным бактериальным клиренсом. Важно отметить, что гипотеза экологического образования налета учитывает, что потенциальные патогены пародонта могут присутствовать в здоровых тканях, хотя и в относительно небольших количествах, но с возможностью стать доминирующими членами сообщества, если условия окружающей среды будут повышать их конкурентоспособность по сравнению с другими, более связанными со здоровьем представителями микробиоты. Таким образом, эта гипотеза может объяснить микробную специфичность заболевания без необходимости заселения этих патогенных видов при экзогенной передаче.
Этот эволюционный взгляд на патогенез пародонтита теперь имеет еще одну модификацию, которая включает в себя элементы всех предыдущих взглядов как специфического, так и неспецифического и признает фундаментальное значение дисбактериоза нормальных доброкачественных микробных популяций на поверхности зуба при развитии болезни (Darveau et al., 2012). Суть этой более поздней концепции патогенеза заключается в основном в признании глобальных популяционных изменений, которые происходят в составе микробиоты при пародонтите.
Эта точка зрения подтверждается результатами исследований болезней пародонта на мышах, демонстрирующими, что один из предполагаемых ключевых специфических возбудителей заболевания Р. gingivalis — член «красного» комплекса бактерий пародонта, способствует болезни, изменяя состав нормальной микробиоты полости рта в направлении дисбиоза (Hajishengallis et al., 2011). Эти исследования показали, что комменсальная оральная микробиота при пародонтите вызывает разрушение тканей и костей, если в ней присутствует даже небольшое число Р. gingivalis.
Это открытие помогает объяснить очевидный парадокс, связанный с Р. gingivalis, признанного ключевого специфического агента пародонтита, когда ряд исследований показал, что эта бактерия не выступает мощным индуктором воспаления (Curtis et al., 2011). К примеру, как было описано ранее в этой главе, ЛПС Р. gingivalis обладают необычайно низкой воспалительной активностью, и, кроме того, эта бактерия способна синтезировать липид А, который препятствует, а не способствует воспалению путем антагонизма к одному из врожденных рецепторов ЛПС — TLR 4. Это резко контрастирует с высоковоспалительными свойствами ЛПС, продуцируемых большинством других бактерий, и противоречит мнению, что обострение воспалительной реакции на Р. gingivalis — движущая сила в развитии заболеваний пародонта.
Кроме того, Р. gingivalis необычен тем, что он не вызывает секрецию IL-8 десневыми эпителиальными клетками, в отличие от других разнообразных бактерий полости рта. Вместо этого он подавляет секрецию этого привлекающего нейтрофилы мощного хемокина за счет явления, называемого местным параличом хемокинов (Darveau et al., 1998). Такое противовоспалительное свойство, в этом случае используемое для подавления фагоцитарной активности клеток пародонта, противоречит характеристикам, которые можно было бы ожидать от организма, запускающего процесс болезни через стимуляцию воспалительного ответа. Эти явные парадоксы, однако, могут быть объяснены, если пародонтит рассматривать как заболевание, зависящее от всей неблагоприятной микробиоты, в отличие от традиционного инфекционного заболевания, вызванного одним, несколькими или даже комплексом патогенов.
Доказательства того, что комменсальная микробиота может внести значительный вклад в пародонтит, было получено, когда экспериментально вызванная болезнь стерильных мышей, которые не были колонизированы какими-либо бактериями, сравнивали с таковой при заражении экспериментальных мышей Р. gingivalis с развитием пародонтита с интактной комменсальной микробиотой. Хотя у обеих групп мышей колонизация полости рта Р. gingivalis была одинаковой, только у мышей с комменсальной микробиотой происходила потеря костной ткани. Кроме того, у мышей последней группы наблюдали значительное изменение комменсальной микробиоты.
Во-первых, общая нагрузка комменсальных организмов выросла на 2 log 10 единиц. Во-вторых, произошел качественный сдвиг в структуре популяции этой комменсальной микробиоты, что привело к исчезновению некоторых организмов и появлению других. Р. gingivalis заселяли как стерильным, так и обычным животным, однако лишь у обычных мышей развивалась болезнь. Кроме того, существенные изменения комменсального сообщества в полости рта этих животных, показали, что сами комменсальные бактерии необходимы и непосредственно вносят свой вклад в утрату костной ткани, наблюдаемую в этой модели. Это подтверждается фактом, что Р. gingivalis, присутствовавшие в небольшом количестве, оказывали очень сильное влияние как на количество, так и на состав оральной микробиоты и приводили к пародонтиту. Именно поэтому эта бактерия была названа «краеугольным камнем» всех видов в этой работе. Концепция ключевых видов происходит из экологических исследований.
В соответствии с ними ключевой организм определяется как вид с невысокой численностью, поддерживающий существование всего экологического сообщества (Hajishengallis et al., 2012).
Следовательно, по общему признанию, только в модели заболевания Р. gingivalis косвенно способствует деструктивному пародонтиту. Вместо прямого действия на функции ткани хозяина, присутствие этих бактерий, даже при низкой численности, изменяет общую микробную нагрузку комменсалов и сочетание факторов, которое преодолевает защитные механизмы нормальной ткани хозяина и вызывает болезнь. Качественные изменения микробиоты могут включать увеличение количества более патогенных бактерий и/или сдвигать баланс микробиоты в сторону снижения числа потенциально защитных организмов.
Рисунок 16. Бактерия «красного комплекса» Р. gingivalis вызывает воспаление и утрату костной ткани путем изменения комменсальной микробиоты полости рта. Р. gingivalis модулирует функции врожденного иммунитета организма, что может иметь глобальное влияние на оральное комменсальное сообщество. Иммунная инверсия секреции интерлейкина-8 (IL-8), активности системы комплемента или активации толл-подобного рецептора 4 (TLR 4) могут приводить к нарушению защиты организма. Неспособность хозяина контролировать оральную комменсальную микробиоту, в свою очередь, приводит к изменению ее микробного состава и повышенной микробной нагрузке. Это изменение от симбиоза к дисбиозу отвечает за патологическое воспаление и потерю костной массы.
Механизмы, посредством которых Р. gingivalis вызывает такие значительные изменения микробиоты, до сих пор изучены лишь частично, но, вероятно, они связаны с подавлением ключевых факторов нормальных защитных механизмов пародонта, как показано на рис. 16. В соответствии с ключевой ролью Р. gingivalis в развитии болезни исследования с участием больных пародонтитом показали, что численность Р. gingivalis на пораженных участках часто невелика по сравнению с общей микробиотой полости рта (Kumar, 2006). Остается определить, обладают ли другие представители микробиоты полости рта, обозначенные как патогенные микроорганизмы пародонта в табл. 3, теми же свойствами, что и «краеугольный вид» Р. gingivalis, в способности формировать количественный и качественный характер всего микробного сообщества; модель оставляет эту возможность открытой.
Тем не менее главные положения этой модели согласуются со многими из микробиологических наблюдений инфекций пародонта. Они сочетают в себе элементы как неспецифической гипотезы на основе признания фундаментальной важности общей микробной нагрузки всей микробиоты, так и специфической гипотезы зубного налета за счет признания роли отдельных видов бактерий.
Резюме. Наше понимание микробного патогенеза заболеваний пародонта претерпело значительные изменения в течение прошлого века и продолжает совершенствоваться и по сей день за счет более точного анализа клинических образцов, лучшего понимания биологии организмов, составляющих эту микробиоту, и применения экспериментальных модельных систем. В этой главе была подчеркнута центральная роль дисбиотической микробиоты, как и при развитии заболеваний со сложной микробной составляющей в других частях человеческого организма.
Во всех этих случаях болезнь — следствие нарушения гомеостатического баланса между комменсальной микробиотой и иммунными и воспалительными системами тканей.
В связи с этим патогены пародонта и реакция на них представляют собой отличную, доступную и отлаженную систему для понимания основных принципов широкого спектра воспалительных заболеваний человека, характеризующихся дисбактериозом комменсальной микробиоты.
