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Virulencia de la microflora subgingival.Conceptos actuales

Se han publicado muchas investigaciones acerca del

origen microbiano de la periodontitis, y la conclusióngeneralmente aceptada es que en la enfermedad ac-túa un consorcio de bacterias y no un solo microor-ganismo. Los recientes resultados del proyecto ge-noma aplicado a varios agentes periodontopatógenoshan suministrado resultados homogéneos que abrennuevas posibilidades en el tratamiento y la preven-ción de las enfermedades periodontales. En este ca-pítulo se revisan las consideraciones actuales de lacausalidad microbiana en la enfermedad periodontal y su relación con la virulencia de la placa supragingi-val y subgingival.

La placa supragingival en la gingivitisexperimental

El estudio experimental sobre la gingivitis realizadopor Löe y cols. (62, 122) es citado a menudo como unbuen modelo para contemplar los avances que han ex-perimentado los conceptos sobre los agentes perio-dontopatógenos en el último cuarto del siglo XX . Susresultados iniciaron un cambio dinámico en el cono-cimiento de la microflora supragingival y del protago-nismo patológico de la placa bacteriana en la inflama-ción gingival. Posteriormente a la publicación de estas

investigaciones, la estructura y la patogenia de la placadental fueron objeto de un intenso estudio, y actual-mente se acepta que la placa se compone de bacteriaspatógenas oportunistas no específicas que inducen lagingivitis (60, 120, 121). La placa acumulada contienegran cantidad de productos metabólicos y restos de cé-lulas bacterianas capaces de provocar gingivitis. Mu-chos estudios periodontales han tratado de identificarlas bacterias periodontopatógenas específicas que in-ducen la periodontitis. En este capítulo se analizará lacomunidad de la placa bacteriana, es decir, la biopelí-cula microbiana, desde un punto de vista cualitativo y cuantitativo, con el fin de clarificar la patogenicidad dela placa subgingival en la periodontitis.

Investigación de los agentesperiodontopatógenos según los postulados deKoch

A finales del siglo XIX

se descubrieron muchos agen-tes patógenos que representaban un riesgo vital. Losconocimientos acumulados con el tiempo acerca de laforma de tratar estos agentes patógenos han permi-tido salvar muchas vidas. En aquel momento se esta-blecieron tres criterios, conocidos como postulados deKoch, para identificar médicamente las bacterias pa-tógenas graves. En general, los postulados se dirigíana los agentes patógenos principales y no a los oportu-nistas ni a las infecciones virales, por lo que se acordórealizar algunas modificaciones de dichos postuladospara englobar los agentes patógenos oportunistas, en-tre ellos, las bacterias periodontopatógenas y cariogé-

nicas de las enfermedades orales infecciosas. Socransky y cols. (109, 110) propusieron la siguiente modifica-ción de los postulados de Koch, para la determinaciónde las bacterias patógenas periodontales:

• La mayor parte de las bacterias deben estar asocia-das a la periodontitis.

• La eliminación de las bacterias debe coincidir conla detención de la progresión de la enfermedad.

• La respuesta del hospedador contra las bacteriasdebe ser clara.

• En lo posible, debe demostrarse la patogenicidadmediante modelos animales.

• Deben indicarse los posibles mecanismos específi-cos de patogenicidad.

Siguiendo los criterios propuestos, se han escogido y examinado con detalle varias especies bacterianasperiodontopatógenas (27, 39, 111, 112). Sin embargo,todavía no se ha podido demostrar si las bacterias dela placa subgingival son periodontopatógenas o, sim-plemente, indicadoras de periodontitis.

Se han registrado más de 500 taxones bacterianoscapaces de colonizar la placa subgingival (74, 75). Últi-mamente, con el método 16S ribosomal RNA riboty-ping se ha comprobado que en la microflora subgin-gival están presentes más de 100 especies de bacterias

Periodontology 2000 (Ed Esp), Vol. 11, 2005, 14-26

Origen microbiano de la periodontitis

T ATSUJI NISHIHARA Y T AKEYOSHI K OSEKI

Copyright © Blackwell Munksgaard

PERIODONTOLOGY 2000ISSN 0906-6713

Copyright © Grupo Ars XXI de Comunicación, S.L.

PERIODONTOLOGY 2000 (Ed Esp)ISSN 1695-1808

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no cultivables (24, 129). Estos análisis indican que el60 % de las especies de la microflora subgingival sonribotipos conocidos, pero se cree que existen más de300 especies desconocidas (100, 119). Por otra parte,existe la posibilidad de que queden por descubrir nue-vas bacterias o virus inductores de periodontitis gra-ves. Como no se ha demostrado de modo concluyentequé microbios inician el primer paso de la formaciónde la bolsa subgingival, es imprescindible continuarlas investigaciones sobre los microorganismos no cul-tivables en la periodontitis, para conocer la patogeni-cidad de la microflora subgingival.

Conceptos actuales sobre la destrucciónperiodontal

En un principio, la estrategia para identificar las bac-terias periodontopatógenas consistía en comparar la

composición microbiana de muestras de placa sub-gingival obtenidas de sitios sanos, con la de sitios congingivitis y periodontitis. Aunque la composición bac-teriana cambia a medida que madura la placa, es di-fícil determinar las diferencias debidas a la enferme-dad en las muestras de placa de sitios con gingivitis operiodontitis (114). En 1989, Socransky y cols. propu-sieron la «teoría del brote», según la cual, la destruc-ción periodontal ocurre en forma de episodios perió-dicos y relativamente cortos, independientes deltiempo (36, 40, 58, 113). Esta teoría se basa en estu-dios epidemiológicos de la configuración de la bolsasubgingival y se refiere a las características de la placaactiva e inactiva relacionada con la destrucción pe-riodontal. A principios de la década de 1990 se com-paró la composición de la microflora de los sitios ac-tivos que habían sufrido recientemente destrucciónperiodontal con la composición de los sitios inacti-vos. Se identificaron algunos agentes periodontopa-tógenos residentes en las bolsas subgingivales (14, 27,39), y se consideró el estado de portador de agentesperiodontopatógenos como un indicador de riesgo dedestrucción periodontal futura.

Estimación de la progresión de la enfermedad

El desarrollo de la biología molecular en la últimadécada del siglo XX supuso un avance en la investiga-ción periodontal. Gracias a los nuevos métodos de de-tección con anticuerpos específicos, sondas de oligo- ADN sintetizado, reacción en cadena de la polimerasa y sustratos específicos, los investigadores han descu-bierto factores de virulencia específica de alta sensi-bilidad (1, 13, 115). Es posible determinar el númerode algunas bacterias periodontopatógenas, así comolas propiedades de las toxinas y de las enzimas de de-gradación tisular. Estos métodos son asimismo útilesen la exploración, el diagnóstico, el tratamiento y laestimación de riesgos futuros. La evaluación del riesgo

se basa en la cantidad de factores de virulencia espe-ciales y en los análisis cuantitativos de dichos facto-res de virulencia en la placa subgingival. Reciente-mente, Henderson y cols. han introducido el conceptode modulinas para la estimación local de los factoresque afectan la inmunidad, como los agentes causalesde las enfermedades periodontales (46, 132). Aunqueesta estimación de modulinas queda limitada a la res-puesta inmunitaria innata y adquirida, es bastante útilpara identificar los factores de virulencia subgingiva-les, como las enzimas lesivas para los tejidos, las exo-toxinas y las endotoxinas. Si se pudiera extender esteconcepto para expresar la virulencia total de la placaen calidad y cantidad, se facilitaría considerablementela estimación de la progresión de la periodontitis.

Diversidad de tipos clonales

El primer paso en la aparición de la enfermedad pe-riodontal es la adherencia de las bacterias a los tejidosperiodontales. Existen varias investigaciones sobre elpapel que desempeñan las fimbrias bacterianas en laadherencia a las células del epitelio oral (71), particu-larmente sobre las características de las fimbrias dePorphyiromonas gingivalis (41). Varios estudios han de-mostrado también la heterogenicidad clonal de la viru-lencia entre cepas de P. gingivalis . Entre estos estudios,el realizado por Amano y cols. ha demostrado que en P.gingivalis existen genotipos asociados y no asociados ala enfermedad, lo que sugiere que existe una predomi-nancia significativa de P. gingivalis con fimA tipo II enlos pacientes con periodontitis (2). El descubrimientode clones altamente leucotóxicos de Actinobacillus ac-tinomycetemcomitans (8) ha llevado a realizar estudiosperiodontales para identificar los tipos clonales (25, 43,57, 88) y trazar las vías de transmisión de los clones dealta virulencia en la placa subgingival (38, 42, 48, 91).Recientes estudios indican la posibilidad de un trata-miento de sustitución de clones virulentos de agentesperiodontopatógenos por clones no virulentos (47).Otros resultados señalan que la producción de leuco-toxina por A.actinomycetemcomitans está parcialmenteregulada por factores ambientales, como la atmósfera,

el aporte nutricional y el pH (73, 84, 116), lo que sugiereque es posible controlar la patogénesis de la placa uti-lizando el ecosistema de su biopelícula. Sin duda se re-quieren más estudios sobre el ecosistema de esta bio-película, pero actualmente se están realizando yaestudios intensivos con el fin de regular la expresión delos factores de virulencia de los agentes periodontopa-tógenos en la biopelícula de la placa (29).

El proyecto genoma de P. gingivalis, A. actynomice-temcomitans, Fusobacterium nucleatum, Streptococ-

cus mutans y Candida albicans está casi terminado, y ya se han logrado secuenciar los genes de Lactobaci-llus acidophilus, Bacteroides forsythus (Tannerella

forsythia) (99), Streptococcus mitis, Streptococcus gor-

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donii y Treponema denticola (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/PMGifs/Genomes/micr.html). Aunque la se-cuencia total del genoma de varios agentes perio-dontopatógenos es un feliz resultado del proyecto ge-noma, actualmente, se ha desviado el foco de atenciónhacia la regulación de la expresión del gen de viru-lencia en cada agente.

Daños mediados por virus en los mecanismosde defensa del hospedador

Recientemente se han detectado varios herpesvirus,como el virus del herpes simple (VHS), el citomegalo-virus humano (CMV) y el virus de Epstein-Barr tipo 1(VEB-1) en muestras creviculares de periodontitis cró-nicas (17, 18, 49, 102). Los herpesvirus son capaces deinfectar varios tipos de células, como leucocitos poli-morfonucleares, macrófagos y linfocitos. Las células in-

flamatorias infectadas por herpesvirus pueden reducirlos mecanismos de defensa del hospedador, dando a lasbacterias periodontopatógenas la oportunidad de au-mentar su crecimiento en el área subgingival e invadirlos tejidos y las células con más eficacia (107). Se ha de-mostrado que la invasión difusa por Candida y otrosmicroorganismos oportunistas en los tejidos gingivalesde los enfermos con SIDA es una alteración típica, me-

diada por virus, de los mecanismos de defensa del hos-pedador (90). Slots y cols. han descrito un modelo deperiodontitis producida por herpesvirus activados y la-tentes, que refleja el patrón segmentado de destrucciónde la mayoría de los pacientes con periodontitis (17, 49).

Resumen de los conocimientos actuales sobrela causalidad periodontal y otras cuestionespendientes

Los conocimientos actuales sobre la causalidad pa-togénica de la placa subgingival y supragingival se re-sumen en la figura. 1. Cuando no se mantiene la higienesupragingival, inmediatamente se desarrolla la placadental por una acción dinámica intraplaca que alcanzael punto álgido con el establecimiento de una comuni-dad de microflora. Los microorganismos de la placa su-pragingival reciben nutrición de la saliva y de los com-

ponentes alimenticios, y casi todos los miembros de laplaca subgingival producen ácidos orgánicos fermen-tados a partir de los carbohidratos. Los ácidos fermen-tados se dispersan dentro de la placa y se desplazan ala superficie en poco tiempo. Si las bacterias cariogéni-cas, como el S.mutans y el Streptococcus sobrinus , estánalbergadas en la placa supragingival madura, los ácidosorgánicos quedan atrapados en la barrera de glucanos

Fig. 1. Conocimiento actual del origen periodontopatógeno de la placa dental.

Áreasupragingival

Ácidosorgánicos

S. mutans

S. sobrinus A. actinomycetem-

comitans Patogenicidadespecífica Patogenicidad específica

ÁreasubgingivalSaliva

GCFColonizadores iniciales Azúcares

Placa bacteriana

Fluido inflamatorio

Circuito Circuito

10

9

1

2

39

10

11

12 12

8

44

7 7

6 116

5

8

Colonizadores secundarios

Colonizadores tardíos

Patogenicidad no específica

Maduración de la placa

Cambios medioambientales Aporte nutritivo intraplaca

Ácidos atrapadosen los glucanos

Esmalte Epitelio

Tejidoconectivo

Periodontitis destructivaResistencia del hospedadorProgresión de la caries

Desmineralización/Remineralización

Inflamación(Gingivitis) Brote

pH bajoprolongado

Saliva(neutralización)

Respuestainmunitaria innata

y adquirida

Interferencia

Ácidos orgánicosfermentados

EndotoxinasPeptidoglucanos

Proteinasas

Invasión del tejido

Exotoxina

P. gingivalis

T. denticola

T. forsythia

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producida por estas bacterias y se produce un descensoprolongado de pH alrededor de la superficie del esmalte.En la placa subgingival, la placa madura libera produc-tos proinflamatorios, como lipopolisacáridos y pepti-doglucanos. Además, si en el área subgingival existenbacterias patógenas periodontales, se provee de líquidocrevicular y fluido inflamatorio a las bacterias asacaro-líticas o débilmente fermentativas. Como se muestra enla figura 1, aumenta el número de bacterias patógenasperiodontales que producen varias clases de exotoxinas y enzimas lesivas para los tejidos, que acaban produ-ciendo un brote y destrucción periodontal. Aunquenuestro concepto es semejante a la hipótesis de Marsh(65, 67), aquí se incluye el estudio ecológico de la bio-película y, asimismo, la placa dental es considerada untipo de biopelícula, tal como se expone a continuación.

La placa subgingival como una forma de biopelícula patógena

Biopelícula y ecología microbiana

La biopelícula bacteriana se define como una es-tructura compuesta de una comunidad de células bac-terianas incluidas en una matriz polimérica autoge-nerada (21). El hábitat de los microorganismos enbiopelícula muestra características singulares y unabaja tasa de crecimiento, en comparación con las cé-lulas planctónicas de los sistemas de cultivo puros (11,66). Por otra parte, los microorganismos en biopelículacon frecuencia desarrollan mayores resistencias frentea los agentes antimicrobianos, comparados con sushomólogos planctónicos (5, 33, 35). El glucocáliz, sus-tancia polimérica que compone la matriz de la biope-lícula, retarda la difusión de los antibióticos y de losfactores antimicrobianos del hospedador (9, 20). Ac-tualmente, las infecciones agudas causadas por bac-terias patógenas planctónicas se pueden tratar eficaz-mente con antibióticos, excepto las causadas por cepasresistentes. Sin embargo, en los individuos con com-plicaciones de salud, más de la mitad de enfermeda-des infecciosas incluyen una infección en biopelícula

por microorganismos comensales del cuerpo humanoo por especies comunes del medio que los rodea (32,34, 64). Asimismo, se sabe que la biopelícula se desa-rrolla con preferencia en la superficie inerte de los tejidos muertos y que es frecuente en los dispositivosimplantados sobre tejidos vivos. Aunque el organismocontiene microflora residente en piel, intestino, naso-faringe, aparato genitourinario y boca (66), estos mi-croorganismos están controlados físicamente por ladescamación del epitelio y el peristaltismo intestinal,así como por las respuestas inmunitarias innatas y ad-quiridas. Es difícil que se desarrolle una biopelícula enun individuo sano, debido a esta interacción parásito-hospedador; sin embargo, una biopelícula masiva y

compleja sí tiene posibilidades de desarrollarse en lassuperficies dentales de la cavidad oral.

Una comunidad en biopelícula es la unidad bioló-gica más estrictamente controlada dentro de una je-rarquía ecológica (3, 11). Las poblaciones en biopelí-cula se sirven de dos estrategias para sobrevivir conéxito en su comunidad. La primera es el alto índicede reproducción, que asegura la continuidad, y la se-gunda es la adaptación fisiológica a los recursos am-bientales disponibles, o capacidad de soporte de suentorno. Esta última depende de la abundancia de re-cursos y se observa bajo la superficie de la biopelículade la placa. Cuando los recursos escasean o las con-diciones son desfavorables, las poblaciones menguan y experimentan una reducción rápida (11). Esta úl-tima estrategia de adaptación tiene éxito en situacio-nes de recursos limitados y se observa en las partesprofundas de la biopelícula de la placa. Los miembros

constitutivos son más estables y suelen formar partede los miembros veteranos de la comunidad, que tam-bién tienden a desarrollar diversidad clonal, para unaóptima adaptación a los nichos ecológicos.

Formación de la biopelícula en el área supragingival

Para comprender mejor el funcionamiento ecoló-gico de la placa microbiana, ésta puede ser divida enplaca supragingival y placa subgingival. Una vez quela placa subgingival se ha estabilizado en la bolsa pe-riodontal, la placa supragingival no puede tener nin-gún efecto sobre los nichos ecológicos de la placa sub-gingival (53, 105). Sin embargo, el paso inicial de laformación de la placa subgingival depende de la pre-sencia de placa supragingival (66). En el estado actualde los conocimientos, el proceso secuencial de la for-mación de la biopelícula de la placa se puede descri-bir de la forma siguiente:

• Las células planctónicas atacan la película adqui-rida de la superficie del esmalte: cocos grampositi-vos.

• Las células solitarias crecen en número y se expan-

den por la superficie del diente: colonizadores ini-ciales. En este período, los estreptococos se puedendetectar 1 día después de establecerse la gingivitisexperimental (62, 122).

• Empieza la autoagregación (entre sí) o la coagrega-ción (con otras células planctónicas o vecinas).

• Las poblaciones crecen en una comunidad o bio-película: sucesión primaria.

• El microentorno de la comunidad más interna cam-bia de aerobio/capnofílico a anaerobio facultativo.

• Cambia el nicho ecológico y la comunidad se reor-ganiza: sucesión secundaria. En este período sepuede detectar un filamento 3 días después del es-tablecimiento de la gingivitis experimental (62, 122).

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• El microentorno de la comunidad más interna cam-bia de anaerobio facultativo a anaerobio estricto.

• El nicho ecológico cambia, y la comunidad se reor-ganiza.

• Se establece una comunidad estable con una ampliavariedad de especies: clímax de la comunidad. Eneste período final se pueden detectar espiroquetas y microorganismos móviles 7 días después del esta-blecimiento de la gingivitis experimental (62, 122).

La frontera de la placa subgingival alrededor delsurco gingival proporciona abundante informaciónsobre el inicio de la formación de la bolsa periodon-tal; sin embargo, todavía se discute el mecanismo deformación de esta bolsa. En este estadio, la biopelí-cula microbiana es el protagonista principal de la cau-salidad de la periodontitis. La placa supragingival con-tiene muchos productos finales bioactivos, como

ácidos orgánicos fermentados, componentes sulfura-dos, enzimas de digestión tisular, peptidoglucanos y lipopolisacáridos. Estos componentes se diseminandesde la placa supragingival hasta la superficie del epi-telio gingival y aumentan el flujo de líquido crevicu-lar gingival y de fluido inflamatorio de los tejidos pe-riodontales. Este nuevo aporte nutritivo, provenientedel suero, cambia el ecosistema de la placa adyacentea la encía inflamada. En este entorno nuevo, las bac-terias proteolíticas de la placa expanden su nicho eco-lógico y producen proteasas, que aceleran la destruc-ción de los tejidos. Estos hallazgos sugieren que lasbacterias productoras de proteasas, como P. gingiva-lis, B. forsythus y T. denticola pueden estar implicadascomo iniciadoras de la actividad de la enfermedad.

Configuraciones de las bacterias subgingivales

La placa subgingival se puede dividir en tres clases:adherida, no adherida y asociada al epitelio (80). Laplaca subgingival adherida está asociada al diente y secompone principalmente de bacilos grampositivos y cocos (59). Estas poblaciones pueden sobrevivir en si-tuaciones de nutrición limitada y en condiciones es-trictamente anaerobias, y son relativamente estables

en la placa subgingival. La placa adherida también estárelacionada con la deposición de cálculo subgingival y con la caries radicular. Los bacilos móviles y los gram-negativos dominan en la placa libre, no adherida, quese extiende hasta la frontera de la placa apical (61, 79).Ésta parece ser el área más bioactiva, porque desde lostejidos periodontales se excreta gran cantidad de fluidoinflamatorio gingival crevicular. P. gingivalis y T. den-ticola son los miembros dominantes de la placa noadherida (82), y se considera que inducen una infla-mación acelerada, como agentes patógenos perio-dontales. La placa asociada al epitelio está débilmenteadherida al epitelio gingival y consta de bacilos gram-negativos y móviles. La inmunotinción ha revelado que

uno de los miembros principales de la placa epiteliales Prevotella nigrecens/Prevotella intermedia (82). Seconsidera que la placa asociada al epitelio desempeñaun importante papel en la patogénesis periodontal y que está implicada especialmente en la invasión bac-teriana del tejido conjuntivo (12). Estas tres clases deplaca subgingival están estrechamente relacionadasentre sí y constituyen un reflejo del ecosistema de lacomunidad microbiana subgingival.

Existe una zona libre de placa (ZLP) entre el bordede la placa apical que va avanzando y la inserción epi-telial (7, 30, 97). Se admite que en la ZLP existen pocasbacterias; sin embargo, recientes estudios con el mi-croscopio electrónico de barrido han encontrado pe-queños agregados bacterianos, conocidos como islotes(76, 96). Con el microscopio electrónico se han identi-ficado P. gingivalis, T. denticola y Actinomyces viscosus como colonizadores primarios en más de la mitad de

muestras de ZLP investigadas (76, 81). Además, el lí-mite apical de la placa subgingival conecta con algu-nos islotes bacterianos de la ZLP. La microscopia elec-trónica ha mostrado, asimismo, que las bacterias delborde apical tienen la misma morfología que las de laZLP (128). Estos hallazgos sugieren que las bacterias dela ZLP pueden ser agentes patógenos periodontales crí-ticos en el área fronteriza de la placa apical.

Papel de la biopelícula en la transmisiónde la enfermedad

Se considera que las bacterias patógenas perio-dontales se pueden transmitir entre las personas. Sinembargo, con la reacción en cadena de la polimerasa y los métodos inmunitarios se han detectado habi-tualmente P. gingivalis y T. denticola en pacientes jó-venes con gingivitis y en pacientes adultos con perio-dontitis (54, 108, 130). Estas especies habitan en laplaca subgingival madura de los individuos jóvenescon destrucción periodontal o sin ella, lo que permitesuponer que se trata de agentes patógenos oportu-nistas. Además, la presencia de un nicho ecológico co-lonizable en el receptor parece ser importante para latransmisión de las bacterias patógenas periodontales.

Generalmente, en el período de clímax de la co-munidad, la mayoría de los agentes patógenos perio-dontales son anaerobios estrictos y miembros de unasucesión secundaria. La comunidad de la placa regulaestrechamente cada nicho ecológico de acuerdo conel aporte nutritivo y el microentorno de la placa. Paraunirse a la comunidad, las bacterias exógenas debenvencer su resistencia a la colonización y completar va-rios pasos (16, 126, 127). En el caso de las células planc-tónicas, el primer paso para la adaptación al medio esla coagregación (agregación con las bacterias resi-dentes o con la matriz de la biopelícula) (31, 50, 52,55, 94). Si se produce la transmisión por un fragmentode biopelícula, la transferencia del fragmento a la bio-

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película residente puede conseguirse por la inmigra-ción de la comunidad bacteriana a un ecosistema di-ferente (19). El fragmento implantado establece su pro-pio microentorno y, así, después de llegar a unalocalización nueva, la biopelícula debe encontrar unnicho ecológico nuevo y transferirse difusamente a lacomunidad residente. Por otra parte, los anaerobiosestrictamente sensibles al oxígeno y las bacterias querequieren suplementos especiales necesitan transmi-tirse a otras localizaciones junto con las bacteriasacompañantes o biopelícula.

Aún no se ha determinado completamente cómo setrasmiten los agentes patógenos anaerobios estrictos y cómo se desplazan en la saliva, o entre la población,sin exponerse al aire. Hasta el momento, ningún es-tudio ha determinado el grosor que debe tener la bio-película de la placa para mantener unas condicionesestrictamente anaerobias. Sin embargo, en experi-

mentos microbianos, se ha podido demostrar cómopequeñas colonias de esos agentes patógenos perio-dontales anaerobios se subcultivan en placas de agardespués de ser expuestos al aire durante varios mi-nutos, lo cual indica que un fragmento de biopelículade la placa puede acarrear intraoralmente o intero-ralmente agentes patógenos anaerobios estrictos.

La biopelícula como fuente de agentespatógenos

Los microorganismos en biopelícula y sus homólo-gos planctónicos expresan series de genes diferentes(5, 10, 29, 89). Sus características biológicas y el índicede crecimiento también son diferentes y, por lo tanto,la expresión genética de los factores de virulenciapuede variar según sus condiciones de vida (29). Latécnica de cultivo continuo es muy útil para analizarel ecosistema de los agentes patógenos subgingivalesque conduce a la actividad bacteriana (51, 68, 131).Según los estudios quimiostáticos de la cepa 301-b de A. actinomycetemcomitans, la producción de leucoto-xina aumenta en condiciones anaerobias de limita-ción de fructosa y de altas dosis de carbohidratos (78,84, 116). Además, el pH óptimo para el crecimiento

de A. actinomycetemcomitans se ha registrado en elorden de 7,0-8,0 (84). Estos hallazgos sugieren que los A. actinomycetemcomitans más virulentos podrían en-contrarse en la superficie de la placa subgingival,donde reciben gran cantidad de carbohidratos y lí-quido crevicular enriquecido. Los estudios quimios-táticos de P. gingivalis W50 indican que el pH óptimopara su crecimiento está entre 7,0 y 8,0 y que su acti-vidad tipo tripsina es máxima a pH 8,0 (70). Tambiénse ha demostrado que P. gingivalis W50 crece más de-prisa en condiciones de exceso de hemina, cuandomuestra la actividad proteolítica máxima (69). Estoshallazgos sugieren que P. gingivalis se vuelve más vi-rulento cuando se suministra a la bolsa subgingival

fluido inflamatorio y sangre provenientes del crévicegingival. En experimentos de coagregación entreP.gin-givalis y F. nucleatum , se ha observado que F. nuclea-tum potencia la supervivencia de P. gingivalis cuandoestas bacterias quedan expuestas al aire (6). Estos re-sultados sugieren que la patogenicidad de los agentesperiodontopatógenos depende del entorno que rodealas bacterias o del nicho ecológico de la bolsa perio-dontal. Debe tenerse en cuenta, pues, que cuando seestiman la virulencia y los factores de riesgo de la bio-película de la placa, la virulencia puede variar segúnlos factores ambientales (fig. 2).

Patogeneicidad de las bacteriasperiodontopatógenas

Estimación de la virulencia de la biopelícula de la placa

No existe duda de que la periodontitis está asociadaa los microorganismos presentes en la placa subgin-gival, y se han realizado numerosos ensayos (4, 15, 22,63, 86) empleando bacterias patógenas periodontalescomo indicadores de la estabilidad periodontal y dela actividad de la enfermedad. No obstante, es precisoconocer las características especiales de estos estu-dios. Las técnicas de cultivo bacteriano, los análisisinmunitarios, los ensayos enzimáticos y la tecnologíacon sondas de ADN se emplean para el diagnósticomicrobiano de las bacterias periodontopatógenas (1,3, 115), pero estos métodos tienen ventajas y desven-tajas. La reacción en cadena de la polimerasa tambiénha sido utilizada recientemente para detectar las bac-terias patógenas periodontales (13). Son técnicas rá-pidas que permiten analizar grandes muestras; sin em-bargo, aún es limitada la cantidad de informaciónclínica sobre la patogenicidad de las bacterias perio-dontopatógenas. Por otra parte, aunque estos méto-dos se emplean para detectar bacterias específicas, noson capaces de estimar la cantidad y la calidad de lasbacterias asociadas a la biopelícula (13).

Henderson y cols. han propuesto las modulinasbacterianas, componentes inductores de citoquinas

que modulan la actividad celular, con consecuenciaspatológicas (46). Una modulina bacteriana se com-pone de varios componentes y productos bacterianosbioactivos, tales como exotoxinas, endotoxinas y pro-ductos finales del metabolismo. La mayoría de los fac-tores de virulencia de las bacterias patógenas perio-dontales son conocidos; sin embargo, es importantetener en cuenta que no solamente las bacterias pató-genas, sino también las no patógenas y las patógenasoportunistas tienen modulinas bacterianas inducto-ras de respuestas en el hospedador (46, 132). Para lacomprensión de la causalidad microbiana de la pe-riodontitis, sería muy interesante estimar cada mo-dulina como una unidad, tanto cualitativa como cuan-


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titativamente. El concepto de que la virulencia se ex-presa por las modulinas bacterianas se puede utilizarno solamente para comprender la patogenicidad bac-teriana de la totalidad de los miembros de la placasubgingival, sino también para estimar todas las pro-piedades de virulencia de la biopelícula de la placasubgingival en la periodontitis.

Efectos de los componentes bacterianosen las respuestas innatas del hospedador

Muchos estudios de la respuesta inflamatoria innatadel hospedador frente a los componentes celulares delas bacterias periodontopatógenas se han llevado acabo con polisacáridos de A. actinomycetemcomitans y P. gingivalis (46). Los lipopolisacáridos son los prin-cipales antígenos de superficie de las bacterias gram-negativas y, ordinariamente, están aislados, formandoun complejo de lípidos y polisacáridos. Se sabe que loslipopolisacáridos de A.actinomycetemcomitans y P.gin-givalis provocan respuestas muy diferentes en el hos-pedador. El lipopolisacárido de A. actinomycetemco-mitans parece ser similar al polisacárido de Escherichia

coli , y ambos son potentes inductores de las respues-tas de las citoquinas en células epiteliales, neutrófilos,fibroblastos y monocitos de los tejidos periodontales(28, 132). El lipopolisacárido de P. gingivalis es menospotente y activo de forma diferencial estas células in-flamatorias (23). Page y Kornman (85) afirman que laprovocación microbiana induce una inmediata res-puesta inflamatoria e inmunitaria del hospedador y que la naturaleza y la magnitud de esta respuesta in-

fluyen en la gravedad y el índice de progresión de laperiodontitis.Los estudios recientes han proporcionado una vi-

sión nueva sobre los receptores de lipopolisacáridosen el sistema inmunitario innato (118, 125). Se ha de-mostrado que el CD14 es una proteína de membranaanclada al glucosilfosfatidilinositol que permite a losleucocitos producir citoquinas inflamatorias, como lasinterleuquinas 1 y 6 (IL-1, IL-6) y el factor de necro-sis tumoral (TNF-), en respuesta a niveles pico-molares de lipopolisacáridos (133, 134). Las molécu-las de CD14 de la superficie de los monocitos y, enmenor cantidad, de los leucocitos, reconocen los li-popolisacáridos y los complejos proteínicos que se en-

Nishihara y Koseki

Fig. 2. Funcionamiento ecológico microbiano de la placa subgingival como biopelícula patógena.

Fragmentos de biopelícula de la placa

Bacteriasplanctónicas

Azúcar

Saliva

O2CO2

2globulina

Proteasas

Fluidoinflamatorio

GCF

Hemina

Butirato

Succinato

H2

FormatoH2O2

CO2

Encía

Glucosidasas

Peptidasas

Lactato Vitamina K Acetato

Superficie radicularEsmalte

Colonizadores iniciales

(Cocos gram )

Aerobios

Colonizadores secundarios Colonizadores tardíos : Sucesión microbiana

(microorganismos dominantes)

: Modificación medioambiental

: Aporte nutritivo

(Bacilos gram )

Capnofílicos

Anaerobios facultativos

Saliva (sacarolítica)

(Bacilos gram móviles )

Anaerobios

Fluido crevicular (proteólitico)

C. ochracea

S. mitis

V.atypicus

P. loecheil

P. denti cola

P. intermedia

P. gingivalis

T. forsythia

T . n u c l e a t u m

A .

i s n e l l i

A . n a e s l a n d i i

Eubacterium

S.

gordonii

S. oralis

S. angius

H. parainfluenzae

C. gingivalis

Campylobacter

S. flueggel

T. denticola

A. actinocemytemcomitans

Transmisión

y colonización

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lazan a los lipopolisacáridos (37, 44, 103). Existen es-tudios que han demostrado que los lipopolisacáridos y los complejos proteínicos que se enlazan a los lipo-polisacáridos reaccionan con las moléculas CD14 delos macrófagos en un segundo dominio de la mitadC-terminal de la proteína del lipopolisacárido de unióna las proteínas, induciendo citoquinas inflamatorias(93, 123). Recientemente, se ha identificado el recep-tor tipo Toll 4 (Toll like receptor 4 [TLR-4]), como unreceptor de transducción de señal de polisacáridos(87, 92). La unión del polisacárido y de los lipopolisa-cáridos enlazados a los complejos de proteínas con elCD14 inicia las señales de transducción a través delTLR-4, que finalizan con la liberación de las citoqui-nas inflamatorias. Más recientemente, Netea y cols.(78) han sugerido un lipopolisacárido de forma cónica(p. ej., de Escherichia coli ) como inductor de la pro-ducción de citoquinas a través del TLR-4, mientras que

un lipopolisacárido más cilíndrico (p. ej., de P. Gingi-valis ) induciría la expresión de una serie de citoqui-nas diferentes, a través del TLR-2. Los lipopolisacári-dos de A.actinomycetemcomitans y P.gingivalis podríanestimular diferentes complejos de receptores para in-ducir citoquinas inflamatorias.

Exotoxinas lesivas para los tejidos

Se ha comprobado que A. actinomycetemcomitans produce múltiples factores de virulencia y toxinas per- judiciales para los tejidos, como una leucotoxina (124),una epiteliotoxina (45), una toxina inductora de resor-ción (106) una toxina citoletal distendida (cytolethal dis-tending toxin) (117) y una toxina inductora de apopto-sis (83). Entre todas ellas, la toxina citoletal distendidafue descrita en un principio como una toxina nueva y diferente producida por E. coli . Las toxinas citoletalesdistendidas constituyen una familia de toxinas bacte-rianas, lábiles al calor, producidas por varias especiesde bacterias, entre ellas, Haemophilus ducreyi , especiesde Campylobacter, Shigella dysenteriae y Helicobacter hepaticus , y son responsables de actividades tóxicas,como la detención del ciclo de células G2 y la disten-sión celular (104). Tres genes, cdtA, cdtB y cdtC , codifi-

can los polipéptidos cdtA (27 kDa), cdtB (29 kDa) y cdtC(20 kDa), respectivamente. Recientemente hemos con-seguido clonar los genes cdtA, cdtB y cdtC de A. acti-nomycetemcomitans, construir un sistema de expresiónde E. coli y purificar sus productos génicos, cdtA, cdtB y cdtC (98). La toxina citoletal distendida de A. acti-nomycetemcomitans induce la detención del ciclo decélulas G2 en una línea celular de linaje B de ratones,así como en células HeLa, y estimula la expresión de laproteína p21CIP1/WAF1, un inhibidor de la quinasa de-pendiente de la ciclina (CDK), y la expresión de la pro-teína p53 supresora de tumor (101). Es interesante se-ñalar que los resultados de este estudio indican que laacumulación de p53 inducida por la toxina citoletal dis-

tendida no es necesaria para la detención del ciclo ce-lular G2, mientras que un incremento de p21CIP1/WAF1 esimportante para el mantenimiento de esta detenciónen diferentes células de mamíferos.

Invasión de las células del hospedadorEl acontecimiento inicial de la patogénesis de mu-

chas enfermedades infecciosas bacterianas es la in-vasión microbiana de una célula del hospedador unavez que los microorganismos han adherido a algún tejido del hospedador, directamente o a través de mi-croorganismos intermediarios (34). Los componentesextracelulares de las bacterias periodontopatógenas,como las fimbrias y otras moléculas de la superficiecelular, son potentes mediadores de adherencia a lascélulas epiteliales orales humanas (71). Esto es muy importante para determinar si las bacterias perio-

dontopatógenas pueden invadir las células del hos-pedador y contribuir al inicio y a la progresión de laperiodontitis. El análisis de microscopia inmunofluo-rescente ha revelado la presencia de P. gingivalis y A.actinomycetemcomitans en las muestras de biopsia depacientes con periodontitis (95), y muchos investiga-dores han podido confirmar que tanto P. gingivalis como A. Actinomycetemcomitans pueden invadir lascélulas de los mamíferos. Meyer y cols. (72) han pro-porcionado pruebas directas de la invasión in vitro decélulas epiteliales humanas por A. actinomycetemco-mitans , y se ha informado que P. gingivalis puede in-vadir células epiteliales y endoteliales (26, 56).

Entre los componentes extracelulares de las bacte-rias periodontopatógenas, las fimbrias actúan comomoléculas de adhesión y estimulan la señal de trans-ducción que conduce a la remodelación citoesquelé-tica. Para invadir las células epiteliales, que son célu-las fagocíticas no profesionales, en los tejidosperiodontales, las bacterias periodontopatógenas de-ben ser capaces de adherir a la superficie de las célu-las del hospedador a través de los componentes bac-terianos extracelulares. Por otra parte, para lasbacterias periodontopatógenas resulta más fácil inva-dir mediante fagocitosis las células basureras, fagocí-

ticas profesionales. Recientemente hemos informadode que hemos comprobado la apoptosis de los ma-crófagos por A. actinomycetemcomitans y hemos su-gerido que la capacidad de A. actinomycetemcomitans para promover la apoptosis podría ser importante enel inicio y el desarrollo de la periodontitis. En una se-rie de estudios asociados a éste, encontramos igual-mente que la adherencia a través de las moléculasCD14 podría desempeñar un importante papel en lafagocitosis posterior de A. actinomycetemcomitans por los macrófagos (77). Estos hallazgos sugieren queCD14, posiblemente en conjunto con TLR-2 o TLR-4,podría estimular las vías de señalización a través deMy88 y Mal. Por lo tanto, la reciente investigación pe-


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riodontal se orienta hacia el papel esencial que de-sempeñan las moléculas de adhesión y señalizaciónen la invasión de las bacterias periodontopatógenasdentro de las células del hospedador.

Conclusión y una mirada hacia elfuturo

La causalidad microbiana de la periodontitis ha sidoobjeto de numerosos estudios. En la actualidad se sabeque la periodontitis no está asociada con un micro-organismo único, sino que en el inicio y en la progre-sión de la enfermedad participa un consorcio de bac-terias. Para que las bacterias periodontales causenenfermedad periodontal, es esencial que sean capa-ces de colonizar las bolsas subgingivales y producirfactores de virulencia que dañen directamente al te-

jido del hospedador. Los resultados de los proyectosactuales de estudios del genoma de varios agentes pe-riodontopatógenos proporcionarán, sin duda, infor-mación detallada sobre la causalidad de las enferme-dades periodontales y ofrecerán nuevas posibilidadespara el tratamiento y la prevención de estas enferme-dades. En este capítulo se ha analizado la causalidadmicrobiana de las enfermedades periodontales, deacuerdo con las propiedades de virulencia de cadaagente patógeno periodontal. Otro tema importantees la interferencia que aparece entre especies bacte-rianas en la biopelícula residente, así como entre sus

comunidades y los tejidos del hospedador.También se ha examinado cómo se produce el cre-cimiento de las bacterias periodontopatógenas, y cómo éstas reciben información sobre la maduraciónde la biopelícula dental, incluyendo los cambios enlas condiciones aerobias o anaerobias durante la pro-gresión de la periodontitis. El principal paradigma deltratamiento periodontal es la eliminación de las bac-terias y sus productos de las bolsas periodontales me-diante métodos quirúrgicos y no quirúrgicos. Asi-mismo, se deben eliminar los factores de virulenciade la superficie radicular para que ocurra la curación y la regeneración. Actualmente, en la investigación en

periodoncia se emplean diversas técnicas de biologíamolecular. En un futuro próximo es de esperar que,en el plano molecular, se logre interpretar la relaciónentre la maduración de la biopelícula y la activaciónde genes específicos de sus microorganismos inter-nos.

Recientemente se ha comprobado que las bacteriasperiodontopatógenas en biopelícula pueden actuarcomo reservorios importantes de agentes patógenosque causan trastornos sistémicos, como se describe enla figura 3. Los factores de virulencia todavía descono-cidos de estas bacterias pueden inducir no solamente

enfermedad periodontal sino también trastornos ge-nerales, como enfermedades infecciosas sistémicas, en-

fermedades cardiovasculares, enfermedades respirato-rias, diabetes mellitus, complicaciones del embarazo y osteoporosis. Cuando aumente nuestro conocimiento

de los factores de virulencia de las bacterias periodon-topatógenas, seremos capaces de vislumbrar los me-canismos por los que éstas causan los trastornos sisté-micos mencionados. Además, las investigacionesactuales pueden ayudar a establecer medidas preven-tivas contra las enfermedades sistémicas graves, y es-peramos que también contra la periodontitis progre-siva, en un futuro cercano.

Periodontology 2000, Vol. 35, 2004, 14-26

Bibliografía

Nishihara y Koseki

Fig. 3. Relaciones entre los trastornos sistémicos y las bac-terias periodontopatógenas A. actinom ycetem com i tan s y P.g i n g i v a l i s .

Factores de virulencia

LeucotoxinasToxina citoletal distentidaLipopolisacáridos

Polisacáridos capsulares

ProteasasLipopolisacáridos

Tejido peridontal Órganos internos

Trastornos generales

Destrucción de tejidosperiodontales

Pérdida de hueso alveolar

CITOQUINASMediadores inflamatorios

Disfunción sistémica

Enfermedades periodontales

Porphyromonas gingivalis Actinobacillus actinomycetemcomitans

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