Защитные силы организма и заболевания пародонта

Несмотря на то, что бактериальный налет является первичной причиной развития воспалительных пародонтологических заболеваний, только его влиянием нельзя объяснить тяжесть деструкции пародонта. Реакция организма играет важнейшую роль в развитии заболеваний пародонта. Тело человека обладает сложной совокупностью взаимозависимых защитных механизмов, направленных на элиминацию микроорганизмов, достижение заживления и поддержание здорового состояния.

Парадоксально, но та же система, которая предназначена для защиты и заживления организма, приводит к повреждению тканей при заболеваниях пародонта. Иммунология является исключительно сложным предметом. Более того, довольно трудно разделить такие понятия как воспалительная и иммунная реакция, поскольку во многих ситуациях их действие накладывается друг на друга. В настоящей главе представлен обзор проявлений воспалительного и иммунного ответа, а также обсуждается их роль в заживлении и разрушении пародонта. Будут рассмотрены следующие темы:

• Воспаление
• Клеточные элементы воспаления
• Молекулярные элементы воспаления
• Острый воспалительный процесс при пародонтологических заболеваниях
• Система фагоцитоза
• Кислород-независимый фагоцитоз
• Кислород-зависимый фагоцитоз
• Деструкция тканей организма
• Система комплемента
• Иммунология
• Клеточные элементы иммунной системы
• Молекулярные элементы иммунной системы
• Цитокины
• Иммуноглобулины (антитела)
• Иммунный ответ при заболеваниях пародонта
• Заключение

ВОСПАЛЕНИЕ

Воспаление представляет собой четкую последовательность событий, которые развиваются в ответ на какое-либо повреждение или инфекцию, таким образом, имеет «неспецифический» характер. Воспаление является первичным ответом, который возникает до активации иммунной системы. Процесс воспаления характеризуется тремя этапами:

• Увеличение васкуляризации.
• Увеличение проницаемости сосудов.
• Миграция фагоцитов в пораженную область.

До того как приступить к обсуждению самого процесса, представим основные клеточные и молекулярные элементы воспаления.

Клеточные элементы воспаления

Основными клетками, ответственными за воспаление, являются лейкоциты (ПМН), которые образуются в костном мозге из тех же стволовых клеток, что и моноциты. Специфичные маркеры поверхности клеток определяют, по какому пути пойдет развитие промиелоцитов - по пути формирования макрофагов или ПМН. Эти маркеры пропадают после завершения дифференциации.

Наличие нескольких ПМН в прикрепленном эпителии считается нормальным.

Увеличение их количества является признаком инициации реакции организма. ПМН являются фагоцитами и составляют 70% от всего количества лейкоцитов. Цитоплазма ПМН содержит элементы, которые отвечают за движение клеток при активации хемотаксиса, а также лизосомы, которые разрушают бактерии. Уничтожение бактерий этими клетками обычно, но не всегда, происходит после того, как микроорганизмы поглощаются ПМН (т.е. после фагоцитоза).

Следующими клетками, участвующими в воспалительной реакции, являются макрофаги, которые образуются из циркулирующих моноцитов, и появляются в области воспаления после ПМН. Макрофаги представляют собой крупные клетки, обладающие теми же фагоцитарными способностями, что и ПМН. Кроме того, макрофаги играют важную роль в иммунном ответе.

Лимфоциты проникают в область воспаления последними и ассоциируются в первую очередь с хроническим воспалением. В дополнение к этому лимфоциты являются основными клетками иммунной системы.

Тучные клетки - это то же, что и циркулирующие базофилы. Они высвобождают гистамин, фактор активации тромбоцитов (PAF), простогландин Е2 и лейкотриены (LTB4 и LTD4), каждый из этих элементов обладает выраженным воспалительным эффектом.

Тромбоциты высвобождают серотонин (важный медиатор воспаления).

Молекулярные компоненты воспаления

Гистамин приводит к увеличению проницаемости стенок кровеносных сосудов, таким образом, облегчает доступ воспалительным клеткам к пораженному участку. Гистамин высвобождается тучными клетками и базофилами. Серотонин (5-гидрокси-триптамин) тоже увеличивает проницаемость сосудов.

Базофилы, нейтрофилы и макрофаги высвобождают фактор активации тромбоцитов (PAF). PAF увеличивает высвобождение серотонина из тромбоцитов. Фактор хемотаксиса нейтрофилов (NCF) высвобождается из тучных клеток и регулирует хемотаксис ПМН.

Хемокины высвобождаются лейкоцитами. Они составляют большую группу цитокинов, которые вызывают дегрануляцию тучных клеток и хемотаксис ПМН. Внимание: Терминология может показаться довольно запутанной. Все молекулы, оказывающие влияние на иммунный или воспалительный ответ, называют цитокинами. В соответствии с этим, все хемокины являются цитокинами, но существует большое количество цитокинов, которые не являются хемокинами. Активированный комплемент СЗ вызывает дегрануляцию тучных клеток. Активированный комплемент С5а приводит к дегрануляции тучных клеток, хемотаксису фагоцитов, активации ПМН и увеличению проницаемости капилляров. Брадикинин (элемент кининовой системы) вызывает вазодилятацию и увеличивает проницаемость сосудов. Фибринопептиды являются продуктами механизма свертывания и влияют на хемотаксис ПМН и макрофагов. Простогландин Е2 (PGE2) является продуктом циклооксигеназы и вызывает вазодилятацию, одновременно с увеличением проницаемости сосудов под действием гистамина и брадикинина.

Лейкотриен В4 (LTB4) образуется в процессе цикла липоксигеназы. Он стимулирует хемотаксис ПМН и синергично с PGE2 приводит к увеличению проницаемость сосудистой стенки.

Лейкотриен D4 (LTD4), который тоже образуется в процессе цикла липоксигеназы, увеличивает проницаемость сосудов.

Фактор хемотаксиса нейтрофилов (NCF) высвобождается базофилами. Селектины представляют собой группу трех молекул, которые способствуют миграции ПМН и макрофагов через сосудистую стенку. Селектины Е и селектины Р специфичны для ПМН, а селектин L для макрофагов. Селектины замедляют движение клеток, что способствует адгезии последних к стенке сосуда. К трем группам, включая группу, которая известна под названием ICAMS, относятся, по меньшей мере, 12 молекул, которые выполняют схожие функции.

Острый воспалительный процесс при пародонтологических заболеваниях Как было указано выше, процесс острого воспаления включает три стадии. По мере накопления в бороздке бактериального налета происходят следующие события. Кровоснабжение увеличивается за счет расширения сосудов в пораженном участке. Вазодилятацию вызывают некоторые медиаторы, например гистамин и PGE2. Серотонин, С5а, брадикинин, фибринопептиды, PGE2, LTB2 и LTD2 увеличивают проницаемость сосудистой стенки и увеличивают пространство между эндотелиальными клетками. Селектины и ICAMS замедляют движение ПМН, позволяя последним проникнуть в соединительную ткань. Миграция и фагоцитарная функция ПМН регулируются хемотаксическими факторами, например NCF. Хемокины, С5а, фибринопептиды и LTB4 также способствуют фагоцитозу и хемотаксису нейтрофилов. Основными фагоцитарными клетками, которые участвуют в ответе организма на инфекционную инвазию, являются полиморфноядерные нейтрофилы и макрофаги. Уничтожение микроорганизмов, обычно, но не всегда, происходит после их поглощения клетками.

Повреждение некоторых клеточных мембран может привести к образованию и высвобождению факторов, которые приводят к возникновению клинических симптомов воспаления.
Эритема, отек, боль и повышение температуры кроме того, некоторые из этих факторов могут приводить к резорбции кости.

 

Одиннадцать протеинов классической системы
Комплементы представлены в верхней части схемы. Активация каскадада в последовательности слева направо.
Некоторые биологические эффекты активации различных элементов обозначены стрелками

Гранулы также называют лизосомами или «суицидальными пакетами». ферменты, которые разрушают бактериальные клетки и клетки организма
Мембраны содержатся в лизосомах цитоплазма содержит элементы клеточного «скелета» при стимуляции эти элементы организуются и влияют на движение клеток при хемотаксисе.

ФАГОЦИТЫ

Кислород-независимый фагоцитоз

Этот процесс происходит в результате действия большого количества разрушающих веществ, содержащихся в органеллах, которые расположены в цитоплазме фагоцитов. Такие органеллы называют гранулами или лизосомами. Разрушительная активность ферментов приводит к высвобождению содержимого гранул и других факторов, которые относятся к группам катионных протеинов, нейтральных протеаз, кислых гидролаз, а также других веществ, например, лактоферрина. Ферменты разрушают бактерии после поглощения последних фагоцитами. Однако в процессе фагоцитоза некоторые энзимы могут «просочиться» из фагоцита и вступить во взаимодействие со структурами, окружающими клетку. Вероятно, этот феномен имеет большое значение в жидкости бороздки или кармана, где уничтожение бактерий начинается без их предварительного поглощения, что способствует защите тканей пародонта. Более того, лизосомальные ферменты могут играть важную роль в нейтрализации действия деструктивных энзимов и токсинов, синтезируемых и высвобождаемых бактериями, вне зависимости от того были ли эти энзимы и токсины предварительно поглощены фагоцитами.

Кислород-зависимый фагоцитоз

Этот процесс приводит к уничтожению бактерий, расположенных внутри клеточных органелл, называемых фаголизосомами. В ходе него из кислородных радикалов и лизосомального фермента миелопероксидазы высвобождаются токсичные оксиданты и перекись водорода, что приводит к массивной гибели бактериальных клеток в результате повреждения их клеточной стенки.

В ходе многих исследований была изучена взаимосвязь между полиморфноядерными нейтрофилами (ПМН) и состоянием тканей пародонта. Пародонтологические заболевания встречаются чаще и протекают тяжелее при наличии у человека или животного патологии нейтрофилов, например при агранулоцитозе или недостаточности адгезии лейкоцитов. У животных при уменьшении количества или врожденной недостаточности ПМН происходила быстрая деструкция пародонта и потеря зубов. Клинические исследования с участием большого количества больных показали, что наличие у пациентов функциональной недостаточности ПМН является фактором высокого риска деструкции тканей пародонта. В 1996 году на Международном Конгрессе по Пародонтологии Offenbacker предположил, что у пациентов с нормальными ПМН, скорее всего, разовьется гингивит, но не пародонтит вне зависимости от степени бактериальной нагрузки. С другой стороны, наличие функциональной недостаточности ПМН в большинстве случаев сопровождается потерей прикрепления. Заключения этих исследований говорят о том, что ПМН играют важнейшую роль в обеспечении здорового состояния пародонта, но могут приводить к разрушению пародонтальных тканей.

Деструкция тканей организма

Хорошо известно, что организм сам приводит к значительному разрушению собственных тканей при развитии заболеваний пародонта. Подобное повреждение можно рассматривать в качестве патологической реакции при наличии хронического воспалительного заболевания. Следующие субстанции обладают способностью разрушать ткани пародонта в процессе защитной реакции организма, направленной против бактерий и продуктов их жизнедеятельности.

• Колонии-стимулирующие факторы (CSF)
• Гамма-интерферон (EFN-y)
• Интерлейкин-1 (IL-1)
• Интерлейкин-6 (IL-6)
• Лимфотоксин
• Матричные металлопротеиназы
• Простогландин Е2 (PGE2)
• Трансформирующий бета-фактор роста (TGF-3)
• Тумор-некротизирующий фактор (TNF)

Система комплемента сыворотки

Система комплемента сыворотки состоит более чем из 20 сывороточных протеинов, которые при активации обладают биологической активностью. Эта система играет исключительно важную роль при воспалительном и иммунном ответе. Существует два основных механизма активации белков системы комплемента. Первый классический механизм активируется после связывания антитела с поверхностью стенки бактерии. Второй альтернативный механизм может быть активирован непосредственно составляющими стенки некоторых грам-негативных бактерий. Такие составляющие называют эндотоксинами. Ниже перечислены лишь некоторые из многих факторов активации комплемента сыворотки, которые участвуют в обоих механизмах.

• Вещества, которые активируют поглощение микробных клеток и продуктов их жизнедеятельности, лейкоцитами (фагоцитами). При активации сывороточный комплемент образует факторы опсонизации.
• Активированный сывороточный комплемент индуцирует высвобождение различных веществ тучными клетками, например гистамина. Эти факторы вызывают расширение кровеносных сосудов и увеличивают проницаемость сосудистых стенок, что приводит к проникновению сыворотки и сывороточных факторов в окружающие ткани. Среди факторов сыворотки находятся антитела и другие элементы системы комплемента.
• При активации системы комплемента высвобождается очень мощный хемоаттрактант. Этот хемоаттрактант (фактор хемотаксиса) приводит к миграции нейтрофилов и макрофагов к определенным участкам в тканях.
• Активация сывороточного комплемента может привести к высвобождению факторов, разрушающих стенки и мембраны бактериальных клеток. Подобный эффект вызывает гибель некоторых микроорганизмов. В тканях пародонта большое количество микробных клеток и продуктов их жизнедеятельности требует, чтобы защитные силы организма действовали постоянно, эффективно противостояли инвазии патогенов во избежание развития серьезной инфекционной патологии.

Биологически активные факторы, образующиеся в системе сывороточного комплемента, вероятно, играют важную роль в защите организма против микробной инвазии в пародонтальные ткани, так как приводят к разрушению бактерий и инициации других защитных механизмов, которые позволяют снижать концентрацию микроорганизмов.

Как и в случае со всеми защитными механизмами при активации комплемента существует вероятность повреждения тканей пародонта. В конце настоящей главы будет проведено обсуждение особенностей повреждения тканей пародонта антителами и фагоцитами, индуцированными комплементом. Однако в дополнение к этому вследствие активации системы комплемента может произойти разрушение мембран собственных клеток организма, особенно эритроцитов. Активация комплемента может приводить к деструкции тканей пародонта, что определяет клиническую симптоматику заболевания.


ИММУНОЛОГИЯ

Традиционно мы рассматриваем две части иммунной системы: клеточный иммунитет и гуморальный иммунитет. Несмотря на целесообразность такого разделения, иммунологи в настоящее время стараются характеризовать иммунную систему по элементам, которые распознают клеточные антигены, и по элементам, распознающим свободные антигены.

Клеточные элементы иммунной системы

• В-клетки (В-лимфоциты) образуются в красном костном мозге и несут поверхностный иммуноглобулин (антитело), который реагирует на антигены. Некоторые В-клетки при созревании трансформируются в клетки плазмы.
• Клетки плазмы или клетки, формирующие антитела (AFC) представляют собой В-клетки после окончательной дифференциации. Они продуцируют специфические антигены и бывают двух видов: клетки В-1 и клетки В-2.
  • Клетки-В1 возникают на ранних стадиях в ответ на вторжение большинства бактерий.
  • Клетки-В2 представляют большинство В-клеток и образуют большинство антител.
• Т-клетки продуцируются в тимусе и ответственны за образование цитокинов, которые называют лимфокинами. Эти клетки играют двойную роль. Во-первых, они предназначены для уничтожения клеток, инфицированных вирусами, и опухолевых клеток. Кроме того, Т-клетки играют значительную роль в изменении и усилении иммунного ответа. На основании маркеров клеточной поверхности Т-клетки разделяют на две группы: CD4 и CD8.
  • Клетки Т-хелперы имеют поверхностные маркеры CD4+ и CD8-. Эти клетки генерически представляют собой ThO с двумя подгруппами: ТЫ и Th2. Антиген достигает их с помощью соответствующих клеток, затем высвобождаются цитокины, необходимые для продолжения иммунного ответа: 1) клетки ТЫ взаимодействуют с одноядерными фагоцитами, например, активированными макрофагами; и 2) клетки Th2 высвобождают цитокины, которые необходимы для дифференциации клеток плазмы из В- клеток.
  • Т-цитотоксичные клетки представляют собой CD8+ и наиболее эффективны против клеток, инфицированными вирусами, и опухолевых клеток.
  • Клетки Т-супрессоры (Ts) имеют уникальный поверхностный маркер. Они способны увеличить или снизить активность иммунного ответа в зависимости от действия соответствующих цитокинов.
  • Клетки памяти представляют собой популяции длительно живущих Т- клеток и В-клеток, которые остаются после отделения антигена. Такие клетки обеспечиваю быстрый ответ, при повторном появлении антигена в будущем.
• Клетки-киллеры - это одноядерные клетки, которые обладают способностью уничтожать клетки-мишени, например опухолевые, помеченные антителами.
• Естественные клетки-киллеры обладают теми же способностями, что и клетки- киллеры за тем исключением, что клетки-мишени не обязательно должны быть сенсибилизированы.
• Моноциты - это циркулирующие клетки, которые могут мигрировать в ткани, где становятся макрофагами. Они обладают способностью к фагоцитозу, продуцировать цитокины, и «доставлять» антигены В-клеткам и ТЫ-клеткам для дальнейшей обработки. После этого В-клетки начинают продуцировать антитела, специфичные для данного антигена, а ТЫ-клетки подготавливают антиген для фагоцитоза макрофагами.
• ПМН - клетки, которые пожирают антиген с прикрепленным к нему антителом.

Цитокины и другие молекулярные элементы

Цитокины представляют собой не имеющие отношения к антителам молекулы, которые обладают способностью влиять на многие компоненты иммунного и воспалительного ответа, например, на каскад комплимента, брадикинина, процесс свертывания и каскад арахидоновой кислоты. К наиболее важным цитокинам относятся:

• Интерлейкины - это группа, состоящая из многих цитокинов. Большинство из них продуцируются различными клетками и влияют на клетки, участвующие в иммунном и воспалительном ответе. Цитокины этой группы обладают взаимодополняющим биологическим действием.
  • Лимфоциты, фибробласты и макрофаги образуют IL-1, который выполняет следующие функции: 1) стимулирует продукцию молекул, способствующих адгезии к эндотелию (например, селектинов), в начале развития воспалительного процесса; 2) вызывает образование простогландинов фибробластами и остеокластами; 3) активирует фагоциты, что делает поверхность Т-клеток восприимчивой к антигенам; и 4) стимулирует высвобждение IL-2 Т-клетками, В-клетками и NK-клетками.
  • IL-1 стимулирует синтез простагландинов.
  • IL-2 способствует росту и активации Т-клеток и NK-клеток.
  • IL-4 приводит к активации и делению В-клеток. Способствует образованию иммуноглобулинов и является фактором роста для mast клеток.
  • IL-6 продуцируется макрофагами и CD4+ Т-клетками. Стимулирует образование В-клеток и тучных клеток.
  • IL-8 - один из наиболее важных цитокинов. Продуцируется фибробластами, эндотелиальными клетками и моноцитами. Приводит к активации и хемотаксису макрофагов, ПМН и Т-клеток.
  • IL-10 образуется CD4+ Т-клетками. Подавляет продукцию цитокинов CD8+ Т-клетками.
• Интерфероны - это цитокины, обладающие противовирусной активностью. Интерферон-у играет важную роль при заболеваниях пародонта. Интерферон-у высвобождается CD4+ Т-клетками и способствует фагоцитозу посредством многих механизмов.
• Фактор подавления миграции (M1F) образуется активированными Т-клетками, предотвращает миграцию макрофагов из области воспаления или инфекции, таким образом, увеличивая популяцию макрофагов в этих участках.
• Тумор-некротизирующии фактор (TNF) способствует формированию селектинов и ICBM на эндотелиальной выстилке стенки кровеносных сосудов, что способствует миграции лейкоцитов.
• Лимфотоксин (LT) образуется активированными Т-клетками. Он активирует лейкоциты в сочетании с EFN-y.
• Трансформирующий /3-фактор роста (TGF-0) представляет собой группу цитокинов, продуцируемых макрофагами и тромбоцитами. Основная роль TGF-P заключается в подавлении активности иммунного ответа.
• Значение простогландинов и лейкотриенов было рассмотрено выше.
• Матричные метаилопротеины (ММР) - это группа ферментов, разрушающих коллаген, основное вещество и другие структуры. В настоящее время известно девять ММР, которые отнесены к четырем группам в зависимости от субстрата, на который они действуют.
• Эластазы, глюкоронидаза и гиалуронидаза - лизосомальные ферменты, которые высвобождаются при деструкции ПМН и фибробластов.
• Колонии-стимулирующий фактор (CSF) действует на гранулоциты, лимфоциты и макрофаги. CSF образуется Т-клетками, которые контролируют гематопоэз.

Иммуноглобулины (антитела)

• IgM является первым антителом, которое появляется на арене. Он активирует каскад комплемента и первым реагирует на Т-независимые антигены.
• IgG является следующим образующимся антителом и функционирует дольше остальных. IgG имеет несколько подклассов и является доминирующим. Это антитело покрывает антигены (процесс опсонизации), подготавливая последние для разрушения их фагоцитами или другими клетками-киллерами, а также активирует каскад комплемента.
• IgA обнаруживают в слюне (секреторный IgA) и тех участках, где присутствует слизистая оболочка.
• IgD является антителом, сопровождающим дифференциацию В-клеток. После завершения дифференциации это антитело исчезает.
• IgE связывает тучные клетки с базофилами, что стимулирует высвобождение вазоактивных веществ, например, гистамина, простогландинов и лейкотриенов.

Иммунный ответ при заболеваниях пародонта

При скоплении бактериального налета в области бороздки проходит небольшой период времени (обычно несколько дней), в течение которого антитела не выявляются. Через несколько дней организм начинает реагировать на наличие бактерий и продукты их жизнедеятельности. Фибробласты, макрофаги и лимфоциты высвобождают IL-1, IL- 2, IL-6 и IL-8. Происходит активация селектинов и 1C AM, что инициирует диапедез (просачивание через сосудистую стенку), миграцию и хемотаксис полиморфноядерных лейкоцитов. Процесс диапедеза ускоряется, и за ПМН следуют макрофаги. Оба типа клеток активируются цитокинами. Клинически это проявляется первичным покраснением при гингивите.

Антигены «доставляются» В-клеткам и моноцитам с помощью клеток Т- хелперов. В последнюю очередь высвобождаются цитокины. Это приводит к продукции В-клеток, которые образуют антитела, специфичные для каждого антигена. Антигены подвергаются опсонизации и фагоцитозу, в результате чего высвобождаются субстанции, повреждающие коллаген и основное вещество. СЗа и С5а приводят к высвобождению гистамина тучными клетками, это вызывает вазодилятацию и способствует миграции к заинтересованному участку большего количества защитных клеток. В конечном итоге, эпителий бороздки изъязвляется, что способствует еще более быстрому проникновению бактериальных антигенов. В этот момент десна отекает, кровоточит и может быть немного болезненной.

Цитокины, продуцируемые фибробластами, ПМН и другими клетками, могут играть как защитную, так и повреждающую роль. Пораженный участок инфильтрируется лимфоцитами и клетками плазмы. При отсутствии лечения или при недостаточности защитных механизмов потеря прикрепления происходит и в результате действия бактерий, и в результате реакции организма на бактериальный раздражитель.

Заключение

В состоянии здоровья между бактериями и защитными механизмами организма существует баланс. При развитии заболевания это равновесие нарушается, бактерии и усилия организма, направленные на уничтожение бактерий и излечение, приводят к деструкции тканей пародонта. Подобный дисбаланс может возникнуть в результате действия вирулентных факторов, защитных механизмов или внешних факторов, например, под влиянием табакокурения.


Пародонтологическая Азбука
Peter F. Fedi, Arthur R. Vernino, John L. Gray