MICROBIOLOGIA DELLA MALATTIA PARODONTALE Il ruolo primario dei batteri

INTRODUZIONE Un agente patogeno è necessario perché avvenga la malattia, ma non è sufficiente

INTRODUZIONE Le malattie infettive in un sistema organico sono causate da uno o più insiemi di agenti patogeni. Diverse specie hanno specificità di tessuto differenti e causano malattie in diverse parti del corpo.

INTRODUZIONE Le malattie del parodonto sembrano essere causate da un gruppo definito di patogeni che agiscono da soli o in combinazione con altri Actinobacillus actinomycetemcomitans Porphyromonas gingivalis Bacteroides forsythus Prevotella intermedia Campylobacter rectus Prevotella nigrescens Eubacterium nodatum Streptococcus intermedius Fusobacterium nucleatum Treponema sp. Peptostreptococcus micros

IL RUOLO PRIMARIO DEI BATTERI Esistono prove schiaccianti che indicano che i principali meccanismi responsabili della distruzione del parodonto partono dai batteri

IL RUOLO PRIMARIO DEI BATTERI GUNA-Infezione di Vincent-Bocca da trincea La fase acuta della gengivite ulcero-necrotica può essere alleviata dall’uso di antibiotici. Ciò indica che i microrganismi sono gli agenti eziologici della malattia

IL RUOLO PRIMARIO DEI BATTERI Acquired Immune Deficiency Syndrome- AIDS – Parodontite necrotica E’ stato dimostrato che può essere controllata tramite irrigazione locale con antisettici, collutori e antibiotici sistemici.

IL RUOLO PRIMARIO DEI BATTERI Placca batterica e gravità della malattia In base a studi crociati su popolazioni umane si è visto che procedure intensive di controllo della placca eliminano i segni clinici della gengivite. L’eliminazione di tali procedure porta a un aumento della placca batterica e allo sviluppo della gengivite

IL RUOLO PRIMARIO DEI BATTERI Efficacia degli antibiotici Sono stati utilizzati con successo nel trattamento di: Parodontite giovanile localizzata Parodontite dell’adulto Parodontite refrattaria Parodontite ricorrente Parodontite necrotica Fase acuta della GUNA

IL RUOLO PRIMARIO DEI BATTERI Risposta immunitaria dell’ospite I microrganismi provocano una risposta immunitaria dell’ospite. Numerosi studi indicano che soggetti con malattie parodontali distruttive mostrano una elevata risposta di anticorpi serici

IL RUOLO PRIMARIO DEI BATTERI Patogenicità della placca batterica FATTORI TOSSICI Endotossine Mucopeptidi della parete cellulare Acidi grassi e organici Amine Leucotossine ENZIMI Possono idrolizzare un’mpia varietà di costituenti dei tessuti ANTIGENI E ATTIVATORI POLICLONALI Capaci di dare il via a sequenze di eventi mediati dall’ospite che provocano meccanismi di distruzione dei tessuti

IL RUOLO PRIMARIO DEI BATTERI Possibilità di trasmissione Studi su animali hanno dimostrato che la malattia parodontale può essere trasmessa da un animale malato ad uno sano semplicemente trovandosi nella stessa gabbia o tramite inoculazione di placca o microorganismi specifici

BATTERI ASSOCIATI ALLA MALATTIA PARODONTALE Actinobacillus actinomycetemcomitans Piccolo bastoncello Gram-, immobile, saccarolitico. La maggior parte dei soggetti con LJP presentano una risposta anticorpale sierica verso questa specie enormemente elevata

BATTERI ASSOCIATI ALLA MALATTIA PARODONTALE EX Actinobacillus actinomycetemcomitans Oggi Aggregatibacter actinomicetencomitans La specie è in grado di produrre una elevata quantità di metaboliti patogeni compresa una leucotossina. Inoltre è in grado di invadere le cellule epiteliali delle gengive umane coltivate in vitro. E’ stato implicato anche nelle forme dell’adulto della malattia parodontale distruttiva, con un ruolo ancora poco chiaro e in quantità minore rispetto alla LJP

BATTERI ASSOCIATI ALLA MALATTIA PARODONTALE Porphyromonas gingivalis Bastoncello Gram-, asaccarolitico, non mobile con morfologia a cocco o bastoncello corto. Fa parte del gruppo dei “bacteroides nero-pigmentati” (organismi che formano colonie di colore marrone o nero su piatti di coltivazione agar-sangue).

BATTERI ASSOCIATI ALLA MALATTIA PARODONTALE Porphyromonas gingivalis Specie non comune o presente in piccole quantità nei pazienti sani o con gengivite. Più frequenti nelle forme distruttive, nei soggetti affetti provoca risposte immunitarie sistemiche e locali.

BATTERI ASSOCIATI ALLA MALATTIA PARODONTALE Porphyromonas gingivalis Si è dimostrato in grado di invadere le cellule dell’epitelio gengivale umano in vitro.

BATTERI ASSOCIATI ALLA MALATTIA PARODONTALE Bacteroides forsythus Bastoncello Gram-, anaerobico, affusolato. E’ stato dimostrato che la crescita di questo organismo aumenta se coltivato insieme al F. nucleatum soprattutto nelle zone sottogengivali

BATTERI ASSOCIATI ALLA MALATTIA PARODONTALE Bacteroides forsythus E’ stato isolato in maggiori quantità nei siti con malattia parodontale distruttiva e i suoi livelli di concentrazione sono strettamente legati all’aumento di profondità della tasca.

BATTERI ASSOCIATI ALLA MALATTIA PARODONTALE Bacteroides forsythus Si trova sia sopra che dentro le cellule epiteliali , possiede quindi capacità di invasione dei tessuti. E’ la specie più rilevante nei soggetti “refrattari”.

BATTERI ASSOCIATI ALLA MALATTIA PARODONTALE Bacteroides forsythus E’ stato considerato il fattore di rischio microbico più importante per distinguere i soggetti sani da quelli malati e uno tra i principali fattori di rischio microbici per la progressione della malattia parodontale.

BATTERI ASSOCIATI ALLA MALATTIA PARODONTALE Prevotella intermedia/prevotella nigrescens E’ il secondo bacteroides pigmentato nero che suscita notevole interesse. Questo piccolo bastoncello Gram-, anaerobico e con estremità arrotondate è presente in quantità particolarmente elevate nei casi di GUNA e in altre forme di parodontite

BATTERI ASSOCIATI ALLA MALATTIA PARODONTALE Fusobacterium nucleatum E’ un bastoncello Gram-, anaerobico, affusolato. Rappresenta la specie più frequente isolata nei campioni di placca sottogengivale, occupa il 7-10% delle specie isolate derivanti da diverse condizioni cliniche

BATTERI ASSOCIATI ALLA MALATTIA PARODONTALE Streptococcus intermedius Sono stati spesso implicati come possibili agenti eziologici delle malattie parodontali distruttive. Sembra che contribuiscano alla progressione della malattia e si trovano in grandi quantità in pazienti con malattia refrattaria.

BATTERI ASSOCIATI ALLA MALATTIA PARODONTALE Spirochete Sono microrganismi Gram-, anaerobici, altamente mobili e a forma di elica.Sono chiaramente implicate nell’eziologia della GUNA data la loro presenza in grandi quantità nelle biopsie dei tessuti prelevati da zone affette.

BATTERI ASSOCIATI ALLA MALATTIA PARODONTALE Spirochete Il loro numero aumenta progressivamente con l’aumentare della profondità della tasca. Il Treponema denticola è tra le più comuni in relazione alla distruzione parodontale. Le spirochete hanno capacità di penetrare la barriera tissutale nei sistemi in vitro.

FATTORI PREDISPONENTI LA MALATTIA PARODONTALE Anche se una specie colonizza un ospite, questo può non manifestare caratteristiche cliniche di quella malattia. La progressione della malattia parodontale dipende dalla manifestazione simultanea di molti fattori: l’ospite deve essere suscettibile sia sistemicamente che localmente

FATTORI PREDISPONENTI LA MALATTIA PARODONTALE Il patogeno parodontale virulento Non tutti i tipi clonali delle specie patogene sono virulenti nello stesso modo. La proporzione dei tipi clonali responsabili di una malattia è piccolissima. Perché un patogeno esprima la virulenza è necessario possieda tutti gli elementi genetici. Alcuni di questi elementi possono mancare in un ceppo che risiede nell’area sulculare ma gli possono essere conferiti da altri ceppi della stessa specie o anche da altre specie.

FATTORI PREDISPONENTI LA MALATTIA PARODONTALE Il patogeno parodontale virulento Inoltre il patogeno deve trovarsi nella giusta posizione in un sito (per es. nell’area apicale) e in quantità sufficienti per dare inizio alla malattia.

FATTORI PREDISPONENTI LA MALATTIA PARODONTALE L’ambiente locale La maggior parte delle specie microbiche normalmente residenti nel cavo orale sono compatibili con l’ospite e spesso addirittura benefiche

FATTORI PREDISPONENTI LA MALATTIA PARODONTALE L’ambiente locale Le interazioni microbiche svolgono un ruolo importante sulla natura delle specie che colonizzano un sito e per l’esito di salute o malattia. Le specie compatibili con l’ospite possono colonizzare siti che altrimenti verrebbero colonizzati da patogeni; possono “diluire” il numero dei patogeni in una tasca e competere con loro per occupare un sito o alterarlo. Oppure possono distruggere fattori di virulenza prodotti da patogeni

FATTORI PREDISPONENTI LA MALATTIA PARODONTALE L’ambiente locale Ad esempio lo S. sanguis, S. uberis e A. Viscosus, producono fattori che inibiscono la crescita di A. actinomycetemcomitans. Il meccanismo inibitorio è la formazione di perossido di idrogeno da parte delle specie “benefiche”.

FATTORI PREDISPONENTI LA MALATTIA PARODONTALE L’ambiente locale Alcuni studi hanno dimostrato anche l’antagonismo inverso: l’ A. actinomycetemcomitans inibisce specificatamente la cescita di S. sanguis, S. uberis e A. viscosus, ma non altre specie, tramite la produzione di una batteriocina.

FATTORI PREDISPONENTI LA MALATTIA PARODONTALE L’ambiente locale Un altro modo in cui l’ambiente influenza la patogenesi è che non sempre i ceppi virulenti di specie patogene esprimono i loro fattori di virulenza. La temperatura, la pressione osmotica o la concentrazione di ferro, magnesio o calcio possono influenzare la patogenicità dei microrganismi

FATTORI PREDISPONENTI LA MALATTIA PARODONTALE L’ambiente locale Per esempio il livello di ferro nell’ambiente andrà ad influenzare la disposizione delle proteine della membrana esterna di P gingivalis e influenzerà anche la sua virulenza.

FATTORI PREDISPONENTI LA MALATTIA PARODONTALE L’ambiente locale Un altro fattore dell’ospite che influenza l’ambiente sottogengivale è la profondità della tasca. La prevalenza e i livelli di specie sottogengivale possono essere differenti nei siti con diversa profondità di sondaggio.

FATTORI PREDISPONENTI LA MALATTIA PARODONTALE L’ambiente locale Ad esempio con l’aumentare della profondità della tasca B. forsythus e P. gingivalis crescono sorprendentemente in prevalenza e numero

FATTORI PREDISPONENTI LA MALATTIA PARODONTALE Suscettibilità dell’ospite Le differenze tra le manifestazioni o la severità delle malattie sono dovute anche alle differenze fra la suscettibilità di un ospite rispetto a quella di un altro

FATTORI PREDISPONENTI LA MALATTIA PARODONTALE Suscettibilità dell’ospite I “fattori di suscettibilità dell’ospite” comprendono: -difetti dei livelli o delle funzioni dei leucociti polimorfonucleati -una risposta immunitaria scarsamente regolata -il fumo -l’alimentazione -varie malattie sistemiche

FATTORI PREDISPONENTI LA MALATTIA PARODONTALE Suscettibilità dell’ospite Una malattia sistemica debilitante come l’HIV può alterare la capacità dell’ospite di reagire alle infezioni. Le lesioni parodontali necrotiche e rapidamente distruttive in soggetti affetti da HIV hanno portato all’ipotesi che fossero implicate specie patogene insolite o che la resistenza dell’ospite fosse estremamente compromessa.

FATTORI PREDISPONENTI LA MALATTIA PARODONTALE Suscettibilità dell’ospite Un’altra malattia sistemica associata all’aumento della prevalenza e incidenza della malattia parodontale è il diabete. La parodontite è più severa nei soggetti diabetici e le lesioni sembrano collegate ai patogeni già sospetti e non a specie nuove.

MECCANISMI DI VIRULENZA ESSENZIALI Per poter svolgere un ciclo patogenetico completo un microrganismo deve: Colonizzare i siti sbgengivali produrre fattori in grado di danneggiare direttamente o indirettamente i tessuti o di attivare i meccanismi autolesivi dell’ospite

MECCANISMI DI VIRULENZA ESSENZIALI LA COLONIZZAZIONE Può avvenire tramite adesione alle superfici tissutali disponibili oppure alla superfice di altri batteri. Il meccanismo di adesione è prevalentemente recettoriale, indirizzato cioè verso specifiche strutture molecolari. Le strutture batteriche coinvolte sono dette ADESINE e sono generalmente fimbrie o proteine di superficie.

MECCANISMI DI VIRULENZA ESSENZIALI LA COLONIZZAZIONE La superficie del dente presenta invece un gran numero di recettori di tipo proteico e polisaccaridico ai quali possono aderire batteri dotati dei corrispondenti antirecettori (streptococchi e actinomiceti). Alla superficie di questi batteri possono aderire altre specie batteriche con un meccanismo chiamato CO-AGGREGAZIONE (bastoncelli, gram-, anaerobi)

MECCANISMI DI VIRULENZA ESSENZIALI LA COLONIZZAZIONE

MECCANISMI DI VIRULENZA ESSENZIALI LA COLONIZZAZIONE Una volta avvenuta l’adesione i batteri si moltiplicano solo se le condizioni chimico-fisiche dell’ambiente risultano permissive per la specie.L’aspetto maggiormente limitante è la disponiilità di nutrienti.

MECCANISMI DI VIRULENZA ESSENZIALI LA COLONIZZAZIONE La presenza di specie batteriche diverse può essere indispensabile alla crescita di una specie patogena, altre volte i rapporti fra specie batteriche sono di spiccato antagonismo rispetto ai nutrienti, siti di adesione e liberazione di sostanze.

MECCANISMI DI VIRULENZA ESSENZIALI LA COLONIZZAZIONE Due o più specie possono competere avendo antirecettori per un medesimo epitopo recettoriale, oppure mediante la secrezione di sostanze attive nei confronti di altre specie (batteriocine, enzimi batteriolitici)

MECCANISMI DI VIRULENZA ESSENZIALI LA COLONIZZAZIONE I batteri patogeni possiedono meccanismi per sfuggire alla risposta immunitaria dell’ospite, contrastare l’azione dei fagociti e quella degli anticorpi. Tali meccanismi vanno dal killing dei fagociti mediante leucotossine, all’inibizione della fagocitosi, fino al mascheramento tramite involucri superficiali

MECCANISMI DI VIRULENZA ESSENZIALI LA COLONIZZAZIONE La capacità di mascheramento è dovuta alla produzione di esopolisaccaridi, la capacità di uccidere linfociti e fagociti è dovuta alle leucotossine, per le IgA e IgG producono proteasi specifiche

MECCANISMI DI VIRULENZA ESSENZIALI INVASIVITA’ CELLULARE DEI BATTERI Diversi autori ritengono che l’invasione da parte dei batteri delle cellule che costituiscono la barriera epiteliale, che separa i tessuti profondi dall’ambiente esterno, debba essere considerato uno dei meccanismi che per primi consentono l’innesco di tutte le successive fasi patogenetiche della malattia parodontale

MECCANISMI DI VIRULENZA ESSENZIALI PRODUZIONE DI FATTORI IN GRADO DI DANEGGIARE DIRETTAMENTE I TESSUTI I batteri parodontopatogeni possono causare direttamente lesioni ai tessuti con tre gruppi di sostanze: enzimi idrolitici, tossine e fattori modulanti la normale produzione cellulare

MECCANISMI DI VIRULENZA ESSENZIALI PRODUZIONE DI FATTORI IN GRADO DI DANEGGIARE DIRETTAMENTE I TESSUTI

MECCANISMI DI VIRULENZA ESSENZIALI PRODUZIONE DI FATTORI IN GRADO DI DANEGGIARE IN DIRETTAMENTE I TESSUTI Alcuni prodotti batterici sono in grado di indurre nell’ospite reazioni secondarie, che si rivelano istolesive a causa della reazione eccessiva di risposte umorali e cellulari

MECCANISMI DI VIRULENZA ESSENZIALI PRODUZIONE DI FATTORI IN GRADO DI DANEGGIARE IN DIRETTAMENTE I TESSUTI Queste risposte cellulari e umorali si manifestano con liberazione di interluchine, istamina, prostaglandine, induzione di fenomeni di apoptosi cellulare

SVILUPPO DEL BIOFILM Tra le modalità utilizzate dai batteri per resistere a condizioni ambientali sfavorevoli, la possibilità di crescere in microcolonie o biofilm,adesi ad un substrato inerte,è la più frequente nelle diverse specie batteriche

SVILUPPO DEL BIOFILM L’adesione di un substrato da parte dei batteri è mediata dalla produzione di una matrice prevalentemente polisaccaridica definita glicocalice o EPS (sostanza polisaccaridica esocellulare). La divisione all’interno della matrice conduce alla formazione di microcolonie

SVILUPPO DEL BIOFILM C’è una notevole differenza morfologica e metabolica fra le cellule degli strati superficiali e le cellule che si trovano negli strati più profondi del biofilm. Le prime possono assumere facilmente sostanze nutritive e ossigeno ed eliminare i prodotti catabolici, hanno perciò una spiccata attività metabolica. Le cellule degli strati profondi hanno un metabolismo rallentato per le difficoltà di reperire nutrienti, ossigeno e di eliminare i prodotti catabolici

SVILUPPO DEL BIOFILM Diversi strati di un biofilm maturo: le cellule profonde sono più piccole e metabolicamente in uno stato di semi-latenza, in superficie sono simili a quelle plantoniche.

SVILUPPO DEL BIOFILM La matrice extracellulare, intrappolando molti enzimi e prodotti batterici, contribuisce nell’impedire che sostanze antibatteriche giungano negli strati profondi

FORMAZIONE E MATURAZIONE DELLA PLACCA BATTERICA Lo sviluppo della placca dentale si svolge secondo modalità simili a quelle di un biofilm batterico. Le differenze sono legate alla peculiarità dell’ambiente orale che presenta una ciclica, marcata, variabilità delle condizioni chimico-fisiche quali: pH, temperatura, concentrazione di nutrienti, pO₂.

FORMAZIONE E MATURAZIONE DELLA PLACCA BATTERICA Nel momento stesso in cui il dente viene esposto all’ambiente orale dal meccanismo eruttivo, la sua superficie viene in contatto con un ambiente liquido salivare in cui sono disciolte macromolecole organiche di diversa natura, detriti cellulari, batteri.

FORMAZIONE E MATURAZIONE DELLA PLACCA BATTERICA Le macromolecole sono favorite, da un punto di vista numerico e statistico, rispetto ai batteri, nel giungere in contatto con la superficie del dente. Molte componenti macromolecolari come le mucoproteine, le proteine globulari (immunoglobuline), polisaccaridi, si adsorbono alla superficie del dente ricoprendolo di uno strato organico comunemente chiamato PELLICOLA ACQUISITA

FORMAZIONE E MATURAZIONE DELLA PLACCA BATTERICA La PELLICOLA ACQUISITA assolve il ruolo fondamentale di condizionamento della superficie dentaria: dota di una enorme quantità di siti di interazione diversi e specifici per differenti specie batteriche. Viene operata quindi la prima fondamentale selezione delle specie batteriche maggiormente rappresentate nelle prime fasi di formazione della placca dentale.

FORMAZIONE E MATURAZIONE DELLA PLACCA BATTERICA In questa fase predominano Gram+ come Streptococcus sanguis e Actinomyces viscosus.

FORMAZIONE E MATURAZIONE DELLA PLACCA BATTERICA Dopo le prime fasi di adesione questi microrganismi vanno incontro ad un aumento del ritmo replicativo e ad una intensa fase di sintesi di polisaccaridi extracellulari che vanno a costruire una matrice fibrosa che racchiude le colonie batteriche in formazione, proteggendole dall’ambiente esterno e dai meccanismi di difesa dell’ospite.

FORMAZIONE E MATURAZIONE DELLA PLACCA BATTERICA Con l’estendersi della colonia batterica si viene a creare n gradiente di concentrazione decrescente di O₂. Negli strati più profondi della colonia si creano zone di anaerobiosi completa che inducono mutamenti metabolici dei batteri (induzione di batteri facoltativi, metabolismo fermentativo).

FORMAZIONE E MATURAZIONE DELLA PLACCA BATTERICA

FORMAZIONE E MATURAZIONE DELLA PLACCA BATTERICA Con l’ulteriore sviluppo della colonia, ora divenuta un vero e proprio biofilm batterico, vengono a mancare i fattori nutritivi di origine salivare e alimentare, nelle zone profonde a contatto del dente. Il biofilm quindi si sviluppa verso aree dalle quali provengono con continuità flussi di fattori nutritivi alternativi (derivati serici, ematici del solco gengivale)

FORMAZIONE E MATURAZIONE DELLA PLACCA BATTERICA Così la placca si diffonde a livello sottogengivale dove, per la ridotta presenza di O₂, si vengono a creare condizioni di anaerobiosi ancora più marcate favorendo l’attecchimento di ceppi batterici specifici

FORMAZIONE E MATURAZIONE DELLA PLACCA BATTERICA Nelle fasi avanzate compaiono colonizzatori tardivi, anaerobi e microaerofili Gram-, che sfruttano condizioni ambientali favorevoli create dal metabolismo dei colonizzatori precoci.

FORMAZIONE E MATURAZIONE DELLA PLACCA BATTERICA Con l’ulteriore sviluppo della placca il numero di anaerobi Gram- aumenta, compaiono anche le spirochete e aumenta il numero dei potenziali patogeni

FORMAZIONE E MATURAZIONE DELLA PLACCA BATTERICA 1 = eruzione del dente nel cavo orale 2 = deposizione immediata di uno strato di proteine e polisaccaridi salivari (pellicola acquisita)

FORMAZIONE E MATURAZIONE DELLA PLACCA BATTERICA 3 = adesione di batteri presenti nella saliva 4 = replicazione e formazione di microcolonie 5 = adesione di nuove specie (colonizzatori secondari) 6 = placca matura racchiusa in una densa matrice che può rilasciare batteri