Пульпа зуба — живая ткань, которая отвечает на многие внешние раздражители. Тем не менее есть некоторые уникальные особенности, которые отличают ее от других соединительных тканей организма. Пульпа отвечает на развитие кариеса в зубе первично хроническим воспалением, ее расположение в замкнутом пространстве полости зуба, не дающем возможности к изменению объема после завершения развития зуба и недостаточность коллатерального кровообращения в ней, делают пульпу чувствительной к повреждающим воздействиям и затрудняют ее регенерацию.
Более того, пульпа наделена хорошо развитой сосудисто-нервной системой, регулирующей воспалительные реакции, которые, в конечном итоге, могут привести к быстрой дегенерации и некрозу. Лечение кариеса и других поражений зубов включает удаление эмали и дентина — самых твердых тканей человеческого организма, приводящее к раздражению пульпы. В этой и последующих статьях на сайте обсуждается ответ пульпы на разные виды раздражителей и представляется более углубленное понимание воздействий стоматологических манипуляций на пульпу зуба.
Кариес зубов — это локализованный деструктивный прогрессирующий инфекционный процесс, который, если его не остановить, может привести к некрозу пульпы и возможной потере зуба. Влияние кариеса на пульпу зуба опосредовано воздействием двух факторов — продуктов жизнедеятельности микроорганизмов и продуктов растворения органических и неорганических компонентов дентина. Существует 3 основные реакции, направленные на защиту пульпы от кариеса:
1) снижение проницаемости дентина;
2) образование нерегулярного дентина и
3) воспалительные и иммунные реакции.
Все эти реакции возникают одновременно, и их эффективность и надежность во многом зависят от агрессивности прогрессирующего поражения, а также от индивидуальных особенностей пациента, например, его возраста.
По мере прогрессирования инфекционного процесса образуется множество внутренних и внешних факторов, которые стимулируют окружающие пульпу ткани. Протеолитические ферменты, токсины и продукты метаболизма бактерий стимулируют реакцию пульпы, но буферная емкость дентинной жидкости немного ослабляет это пагубное воздействие. Когда толщина оставшегося дентина становится минимальна, эта защитная функция значительно снижается.
Беспрепятственный доступ продуктов жизнедеятельности микроорганизмов и клеточных стенок бактерий к тканям пульпы индуцирует ее воспаление. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что кислые продукты метаболизма при умеренном объеме пораженных тканей имеют косвенное воздействие, разрушая матрицу дентина и тем самым освобождая биоактивные молекулы, ранее секвестрированные во время дентиногенеза. После их освобождения эти молекулы снова играют свою роль в образовании дентина, стимулируя третичный дентиногенез.
Эта теория подтверждается тем фактом, что деминерализованный матрикс дентина, имплантированный в область пульпарного поражения, может вызвать дентиногенез.
Кроме того, помещение очищенных белков дентинного матрикса на открытый дентин или обнаженную пульпу стимулирует образование третичного дентина, что является прямым доказательством того, что эти биоактивные молекулы могут действовать напрямую или через неповрежденный дентин. Более подробная информация о факторах роста, содержащихся в дентине, описана в главе по восстановительной эндодонтии.
Данные исследований предлагают рассматривать несколько молекул, стимулирующих репаративный дентиногенез. Встроенные в дентин гепарин-связывающий фактор роста, ТФР-β (ТФР-β1, ТФР-β3), ИФР-1 и -2, PDGF, ВМР-2 и ангиогенные факторы роста стимулировали дентиногенез в исследованиях in vitro. Особое значение в процессе передачи сигналов для дифференциации одонтобластов из MSC или клеток-предшественников, а также первичного и третичного дентиногенеза отводится семейству факторов роста ТФР-β. Преобладающая изоформа ТФР-β1 равномерно распределяется в растворимых и нерастворимых фракциях дентинного матрикса.
Считается, что во время разрушения дентина кариозным процессом растворенный пул ТФР-β1 может диффундировать через интактный дентин, в то время как нерастворенный пул иммобилизован на нерастворимой матрице дентина и стимулирует функцию одонтобластов, подобно мембранным ТФР-βs факторам во время одонтогенеза.
Несмотря на высокий исследовательский интерес к третичному дентиногенезу, он не является ни основной, ни наиболее важной и эффективной защитой пульпы от воздействия патогенов. Депонирование интертубулярного дентина и прямое осаждение минеральных кристаллов в узких дентинных канальцах, направленное на снижение проницаемости дентина, называется «склерозированием дентина» и является первой защитной реакцией от развития кариозного процесса. Осаждение кристаллов солей в просветах дентинных канальцев и повышенное отложение интертубулярного дентина приводят к эффективному снижению проницаемости дентина под распространяющимся кариозным поражением.
Исследования в условиях in vitro с культивированием срезов зубов показывают роль ТФР-β1 фактора как ключевого звена в увеличении осаждения интертубулярного дентина. Отложение кристаллов витколита в просвете дентинного канальца, скорее всего, результат стимуляции живых ассоциаций одонтобластов, возможно, в сочетании с осаждением минеральных компонентов, выделяемых в процессе деминерализации (рис. 1).
Рисунок 1. А. Обтурация кристаллами витколита просвета трубочек в склерозированном дентине. В. Проявления склерозирования дентина на ретгенограмме под зоной глубокого кариеса класса II
Образование третичного дентина происходит в течение более длительного периода, чем его склерозирование, и сильно зависит от стимулирующих факторов. Слабые стимулы активируют покоящиеся резидентные одонтобласты, которые формируют органическую матрицу. Этот тип третичного дентина называют реакционным. Его образование происходит в тех случаях, когда начальная деминерализация дентина происходит под эмалью без образования дефекта в виде полости.
Медиаторы, присутствующие во время кариозного процесса, индуцируют очаговую регуляцию продукции матрикса резидентными одонтобластами. Образованный третичный дентин близок по своему морфологическому строению к физиологическому дентину, единственным заметным отличием может стать изменение направления новых дентинных канальцев, (рис. 2) Напротив, при острых (активно прогрессирующих) поражениях кариозный процесс может оказать губительное действие на нижележащий одонтобластический слой, что требует восполнения поврежденных клеток путем дифференциации их предшественников. Структура и состав образующейся матрицы являются прямым отражением дифференцировки секреторных клеток.
Рисунок 2. Реакционный дентиногенез, образование третичного дентина [ТД]. Обратите внимание на морфологию трубочек и неоднородность канальцев на границе вторичного и реакционного дентина. Резидентные одонтобласты все еще присутствуют
Этим объясняется гетерогенность репаративного дентина, в котором морфологическое строение может варьировать от организованного трубчатого дентина до более дезорганизованного иррегулярного фибродентина. Из-за своей неправильной конфигурации и тканевых включений фибродентин более проницаем, чем физиологический дентин (рис 3).
Рисунок 3. Репаративный дентин; воздействие сильного инфекционного стимула, разрушительного для одонтобластов. Образовавшийся дентин является иррегулярным с соединительнотканными включениями
Несмотря на то что дентин является физиологическим барьером для пульпы, защищающим от пагубного воздействия раздражителей, она также способна формировать гуморальный и клеточный иммунные ответы для предотвращения проникновения патогенов. При остром (быстро прогрессирующем) кариозном процессе иммунный ответ организма возрастает с увеличением интенсивности воспаления. Было доказано, что титры Т-хелперов, В-клеток, нейтрофилов и макрофагов прямо пропорциональны глубине кариозных полостей в зубах человека. Однако формирование иммунного ответа в пульпе не зависит от объема кариозной деструкции дентина.
Это подтверждается исследованиями, согласно которым воспалительный ответ пульпы формируется даже при скрытых кариозных полостях, в несливающихся естественных углублениях (ямках) и фиссурах.
Ранний воспалительный ответ на кариозный процесс характеризуется по большей части накоплением клеток хронического воспаления (рис. 4). Вначале оно опосредовано действием одонтобластов, а позднее — дендритными клетками. Действие одонтобластов как клеток, расположенных в периферических слоях пульпы, направлено в первую очередь на то, чтобы встретить чужеродные антигены и инициировать врожденный иммунный ответ. Обнаружение патогенов в общем случае осуществляется с помощью специфических рецепторов — рецепторы опознавания паттерна или образ-распознающие рецепторы (PRR).
Рисунок 4. Ранний пульпарный ответ на кариозный процесс представлен очаговым скоплением клеток хронического воспаления. Обратите внимание, что периферическое воспаление паренхимы пульпы практически отсутствует
Эти рецепторы распознают патоген-ассоциированный молекулярный паттерн (РАМР) чужеродного организма и инициируют защиту хозяина путем активации действия транскрипционного фактора (NF-кВ). Одним из классов молекул распознавания РАМР является семейство TLR. Доказано, что одонтобласты увеличивают экспрессию определенных TLR в ответ на бактериальные продукты. В экспериментальных условиях показано, что экспрессия одонтобластами толл-подобных рецепторов TLR3, 5 и 9 возрастала под действием липотейхоевой кислоты, в то время как липополисахарид увеличивал экспрессию TLR2 и 4 рецепторов. Также было доказано, что ТФР-β1 ингибирует экспрессию одонтобластами TLR2 и 4 в ответ на грамположительные и грамотрицательные бактерии.
Как только TLR одонтобласта начинают стимулироваться патогеном, одонтобласты начинают вырабатывать провоспалительные цитокины, хемокины и антимикробные пептиды, что приводит к пополнению и стимуляции иммунных эффекторных клеток, а также к прямому уничтожению бактерий.
Многие клетки конститутивно продуцируют малые количества хемокинов. Одонтобласты, не подвергающиеся стимуляции, экспрессируют 3 гена, кодирующие СС12, CXCL12 и CXCL14 — факторы хемотаксиса для незрелых дендритных клеток. Они также продуцируют CCL26 — естественный антагонист CCR1, CCR2 и CCR5, которые являются хемокинами, обычно продуцируемыми моноцитами и дендритными клетками. Стимуляция составляющими клеточной стенки бактерии показала усиление экспрессии нескольких генов хемокинов, включая CXCL12, CCL2, CXCL9, CX3CL1, CCL8, CXCL10, CCL16, CCL5, CXCL2, CCL4, CXCL11 и CCL3; и девяти генов хемокиновых рецепторов, включая CXCR4, CCR1, CCR5, CX3CR1, CCR10 и CXCR3, что указывало на то, что одонтобласты восприимчивы к патогенам и экспрессирующим факторам, которые регулируют эффекторные иммунные клетки (рис. 5).
Рисунок 5. Одонтобласты, стимулированные бактериальными липополисахаридами в условиях in vitro, продуцируют интерлейкин-8, о чем свидетельствует иммунное окрашивание антител к интерлейкину-8
Эти данные свидетельствуют о том, что стимулированные одонтобласты продуцируют хемокины высокого уровня, такие как IL-8 (CXCL8), которые действуют совместно с образованными ранее в кариозном дентине факторами роста. В свою очередь, факторы роста индуцируют фокальное увеличение числа дендритных клеток с дополнительным высвобождением медиаторов хемотаксиса. Затем происходит приток иммунных эффекторных клеток — лимфоцитов, макрофагов и плазматических клеток. Образовавшийся клеточный инфильтрат сопровождается локализованным прорастанием капилляров в ответ на действие ангиогенных факторов, коагрегацией нервных волокон и человеческих лейкоцитарных антигенов (HLA-DR) — положительных дендритных клеток.
По мере прогрессирования кариозного поражения увеличивается плотность хронического воспалительного инфильтрата, а также количество дендритных клеток в одонтобластическом участке пульпы. Дендритные клетки пульпы отвечают за презентацию антигена и стимуляцию Т-лимфоцитов. В воспаленной пульпе они располагаются диффузно. При прогрессировании кариозного поражения они вначале собираются в субодонтобластическом слое пульпы, затем внедряются в слой одонтобластов и, в конечном итоге, мигрируют ко входам в дентинные канальцы вместе с отростками одонтобластов (рис. 6).
Рисунок 6. Кариес зубов вызывает скопление дендритных клеток пульпы внутри и вокруг одонтобластического слоя.
В пульпе зуба были обнаружены две разные популяции дендритных клеток. CD11c+ обнаружены в области дентинно-пульпарной границы, а также вблизи ямок и фиссур. F4/80+ дендритные клетки накапливаются в периваскулярной области субодонтобластического слоя и центральной части пульпы. CD11c+ дендритные клетки экспрессируют TLR2 и 4 и являются CD205 положительными. Клетки F4/80+ обладают миграционной способностью. Во время миграции из зоны центральной пульпы они увеличиваются в размерах и становятся CD-86-положительными. Тесная связь между одонтобластами и дендритными клетками при кариозных поражениях привела исследователей к мысли о том, что дендритные клетки могут играть существенную роль в дифференциации одонтобластов или их секреторной активности в осуществлении иммунной защиты и во время дентиногенеза.
Недавно проведенные исследования показали, что пульпарная дендритная клетка может мигрировать в регионарные лимфатические узлы для презентации антигена. Исследования в условиях in vitro показали, что секреция гранулоцитарно-макрофагального колониестимулирующего фактора и остеопонтина дендритными клетками и макрофагами представляет собой механизм, способствующий дифференцировке одонтобласта. Было доказано, что шванновские клетки также могут продуцировать молекулы в ответ на кариозный процесс, что свидетельствует об их приобретенной способности представлять антиген.
Данные свидетельствуют о том, что одонтобласты также играют роль в гуморальном иммунном ответе на кариес. IgG, IgM и IgA были обнаружены в цитоплазме и отростках одонтобластов в кариозном дентине человека, что указывает на их активное участие в транспорте антител в очаг инфекции. При начальном поражении антитела накапливаются в слое одонтобластов и, по мере его прогрессирования, могут проникать в дентинные трубочки. В конечном итоге это приводит к очаговому накоплению антител под зоной развивающегося поражения.
В более поздней фазе кариозной деструкции гуморальная иммунная реакция сопровождается иммунопатологическим разрушением ткани пульпы. В исследованиях на животных, где обезьяны были гипериммунизированы к бычьему сывороточному альбумину, наблюдалось увеличение разрушения ткани пульпы вслед за антигенным заражением через свежеотпрепарированный дентин. По-видимому, одонтобласты также участвуют в продукции врожденных антимикробных молекул, таких как человеческий β-дефензин-2 (HBD2). Поэтому IL-1 и ФНО-α, а также бактериальные ЛПС отвечали за значительное увеличение человеческого β-дефензина-2 в ответ на кариес. Суммируя вышесказанное, одонтобласты, судя по всему, играют главную роль в организации локальных и хемотаксических воспалительных реакций на кариес зубов (рис. 7).
Рисунок 7. Врожденный иммунитет в одонтобластическом слое (ODL). Бактериальные компоненты кариеса активируют высвобождение цитокинов/хемокинов из одонтобластов, дендритных клеток или макрофагов через толл-подобные рецепторы (TLR). Провоспалительные цитокины, выделенные из этих клеток, действуют как аутокринные и паракринные сигналы, усиливая действие цитокина, включая антимикробный пептид, цитокин и продукты хемокина. Высвобождение хемокинов создает условия для миграции иммуноцитов к одонтобластическому слою, в то время как антимикробные пептиды уменьшают бактериальную нагрузку.
Вскрытие пульпы во временных и незрелых постоянных зубах может привести к реакции пролиферации или гиперпластическому пульпиту. Разросшаяся воспаленная ткань выходит через перфорацию из полости зуба и формирует «пульпарный полип» (рис. 8). Предполагается, что обильное кровоснабжение ткани способствует этой пролиферативной реакции. При этом показано проведение стандартного эндодонтического лечения или прогрессивной пульпосохраняющей терапии.
Рисунок 8. Пролиферативный ответ на кариес в молодом зубе, обычно называемый пролиферативным пульпитом, гиперпластическим (гипертрофическим) пульпитом или полипом пульпы.
а) Нейрогенные медиаторы. Нейрогенные медиаторы участвуют в ответной реакции пульпы на раздражение и, как компоненты иммунитета, могут оказывать как патологическое воздействие, так и лечебное.
Стимуляция дентина внешними факторами способствует выбросу провоспалительных нейропептидов афферентными волокнами пульпы. Болевая субстанция Р (SP), CGRP, NKA, нейрокинин Y и вазоактивный интенстинальный пептид высвобождаются и вызывают сосудистые реакции — вазодилатацию и повышение проницаемости сосудистой стенки. Это приводит к абсолютному росту давления в тканях, которое влечет за собой развитие некроза в условиях постоянного экстремального воздействия. Известно, что стимуляция симпатической нервной системы в ответ на локальный выброс медиаторов, таких как норэпинефрин, нейропептид Y и аденозинтрифосфат, влияют на изменение кровеносного давления в пульпе. Исследования рецепторного поля, а также анатомические исследования показали разрастание афферентных волокон в ответ на воспаление.
Нейропептиды могут модулировать иммунную реакцию пульпы. Было продемонстрировано, что SP действует как хемотактический и стимулирующий агент для макрофагов и Т-лимфоцитов. Результат этой стимуляции — увеличенное производство арахидоновых кислотных метаболитов, стимуляция лимфоцитарного митоза и производство цитокинов. CGRP демонстрирует иммуносупрессивную активность — уменьшение презентации антигена класса II и пролиферации лимфоцитов.
SP и CGRP — это митогеннные факторы для пульпарных и одонтобластоподобных клеток, в связи с чем они инициируют и стимулируют процесс заживления в пульпе. Показано, что CGRP стимулирует продукцию костного морфогенетического белка клетками пульпы человека. Установлено, что в результате этой стимуляции происходит индуцирование третичного дентиногенеза. Количество субстанции Р в пульпе зуба и периодонтальной связке в результате острой окклюзионной травмы увеличивается в связи с возникновением боли при травматическом повреждении.
Было показано, что гендерные различия могут влиять на высвобождение CGRP в пульпе. В одном исследовании серотонин (периферический проноцицептивный медиатор) вызывал значительное увеличение выброса CGRP, вызванного капсаицином, в пульпе у женщин, в отличие от мужчин. Это взаимодействие медиаторов воспаления может объяснить некоторые гендерные различия в клиническом проявлении зубной боли.
