Revisiones Bibliográficas

Papel de la Biopelícula dental en la enfermedad periodontal

Recibido para Arbitraje: 30/09/2010
Aceptado para Publicación: 30/07/2011


  • ANTONIO JOSÉ DÍAZ CABALLERO, Odontólogo Universidad de Cartagena. Especialista en Periodoncia Universidad Javeriana. Magister en Educación Universidad del Norte. Estudiante Doctorado Ciencias Biomédicas Universidad de Cartagena. Profesor Titular Universidad de Cartagena. Director Grupo de investigaciones GITOUC.

  • RICARDO VIVAS REYES, Químico Universidad del Valle. Máster en Química Universidad del Valle. Doctor en Ciencias Universidad libre de Bruselas. Profesor Titular Facultad de Ciencias Exactas y naturales Universidad de Cartagena.

  • LEONARDO PUERTA, Químico Farmacéutico, Universidad de Cartagena. Magister en Ciencias Universidad Nacional, Bogotá. Doctor en Ciencias Biológicas, Pontificia Universidad Javeriana, Profesor Titular. Instituto de Investigaciones Inmunológicas Universidad de Cartagena.

  • MAICOL AHUMEDO MONTERROSA, Químico Universidad de Cartagena. Estudiante de Maestría en Química Universidad de Cartagena.

  • ALEJANDRA HERRERA HERRERA, Odontólogos Universidad de Cartagena. Jóvenes Investigadores Grupo GITOUC. Facultad de Odontología. Universidad de Cartagena.

  • LUIS CARLOS FANG MERCADO, Odontólogos Universidad de Cartagena. Jóvenes Investigadores Grupo GITOUC. Facultad de Odontología. Universidad de Cartagena.

  • RICARDO CABRALES SALGADO, Odontólogo Universidad de Cartagena. Doctor en Ciencias Odontológicas Área de concentración Endodoncia Universidad de Sao Paulo. Profesor invitado Universidad de Cartagena.
CORRESPONDENCIA
Antonio José Díaz Caballero. Facultad de Odontología, Universidad de Cartagena. Campus de la salud. Barrio Zaragocilla. Cartagena de Indias, Colombia, Suramérica. Teléfono 057 + 5 + 6698172 Ext. 110. Fax 057 + 5 + 6698173 Ext. 124. Correo electrónico antoniodiazc@yahoo.com, adiazc1@unicartagena.edu.co

Sitio de realización del trabajo: Facultad de Odontología. Universidad de Cartagena.

PAPEL DE LA BIOPELÍCULA DENTAL DENTAL EN LA ENFERMEDAD PERIODONTAL

RESUMEN
La biopelícula dental muestra una organización altamente compleja en relación a lo que se puede esperar de unos organismos que anteriormente se creían independientes y de poca capacidad de asociaciones. Tienen una forma de crecimiento y de sostenibilidad bastante avanzada y estructurada que facilita la supervivencia de los patógenos incluidos dentro de estas formas de asociación. El presente artículo es una revisión narrativa de mecanismos como el quórum sensing, la biopelícula dental y las acciones que pueden presentar éstas con la enfermedad periodontal que afectan a muchos seres humanos en todas las latitudes a nivel mundial. Se plantean posibles opciones de investigación y de campos futuros que faciliten aplicaciones a nivel de experimentación.

PALABRAS CLAVES: biopelícula dental, quórum sensing, expresión génica, periodontitis, placa dental. (Decs Bireme)



BIOFILM ROLE IN PERIODONTAL DISEASE

ABSTRACT
Dental Biofilms are highly complex organization in relation to what you would expect some organisms previously thought and low capacity independent of associations. They have a sustainable growth and well advanced and structured to facilitate the survival of pathogens contained within these forms of association. This article is a narrative review of mechanisms such as quorum sensing, biofilm and the actions which can present these with periodontal diseases that affect many people at all latitudes worldwide. Options are proposed field research and to facilitate future experimental level applications.

KEYWORDS: dental biofilm, quórum sensing, gene expression, periodontitis, dental plaque. (Mesh)


ENFERMEDAD PERIODONTAL Y BIOPELÍCULA DENTAL
Las enfermedades periodontales se encuentran entre las enfermedades infecciosas más comunes de los seres humanos. Se caracterizan por la destrucción inflamatoria de los tejidos de soporte dental, incluyendo el hueso alveolar 1. Esta inicia con la gingivitis que se manifiesta como enrojecimiento e inflamación de las encías, que sangran con facilidad bajo estimulación, como ocurre durante el cepillado dentario. Puede mantenerse contenida en los tejidos de la encía marginal o puede extenderse y convertirse en periodontitis cuando surge la destrucción de los tejidos de soporte periodontal y el hueso alveolar, el cual se denomina como la pérdida de inserción periodontal y la pérdida de hueso alveolar 1,2.

La formación de las biopelícula dental, como estructura de organización bacteriana, es una manifestación del fenómeno denominado quórum sensing (QS) 3. Dentro de las diversas opciones de manifestar fenómenos de organización bacterianas, la asociación en biocapas de las bacterias se da como resultado de la interacción de unas señales moleculares que se denominan autoinductores, con unas proteínas transcripcionales que permiten o bloquean la expresión de genes involucrados en el QS. Las biopelícula dental están formados por una o más comunidades de microorganismos, embebidos en un glicocálix, unidos a una superficie sólida. La razón por la que existen las biopelícula dental en la naturaleza es que permiten a los microorganismos unirse y multiplicarse sobre distintas superficies. Además, las bacterias que forman parte de una biopelícula dental (sésiles) disfrutan de un gran número de ventajas en comparación con las bacterias aisladas (plantónicas) lo que permite además de la supervivencia, la conjugación bacteriana, la variación fenotípica de las mismas y el intercambio de información genética 3.

Se entiende que las enfermedad periodontal se inicie y sea perpetuada por un grupo de bacterias predominantemente Gram negativas y por las bacterias anaerobias de la placa bacteriana, constituyéndose en biopelícula dental, la cual sufre modificaciones y variaciones que permite su adaptación a las diversas condiciones. Este proceso puede controlarse por el empleo o por medio de la práctica diaria de la higiene oral eficaz, siendo las medidas tales como el cepillado de dientes y el uso de medios auxiliares tales como el hilo dental entre los dientes, una de las formas más efectivas hasta la presente de controlar esa biopelícula dental dental 4.

Los patógenos periodontales importantes incluyen Aggregatibacter actinomycetemcomitans (aa), Bacteroides forsythus (BF), y Porphyromonas gingivalis (PG). Estas y otros bacterias con sus toxinas pueden producir irritación del tejido conectivo periodontal y estimular una respuesta inflamatoria crónica, con sus mediadores inmunológicos. Se considera que la patogénesis periodontal se caracteriza por lipopolisacáridos bacterianos (LPS) que permiten la activación de una serie de citoquinas pro-inflamatorias y no inflamatorias, las cuales median en la respuesta inflamatoria del organismo. La gravedad de la destrucción del tejido periodontal depende de la dinámica de las interacciones entre el desafío microbiano y la respuesta inmune inflamatoria del organismo, estos eventos son influenciados por una serie de factores de riesgo, incluyendo factores sistémicos tales como diabetes, enfermedades de inmunodeficiencia, el estrés y la osteoporosis, lo mismo que las variaciones genéticas y de comportamiento y la influencia de los factores de riesgos modificables tales como el consumo de tabaco 5.

Desde hace tiempo, con la publicación de la "teoría de la infección focal" de Miller, donde se establece que los microorganismos, sus productos metabólicos o sus residuos pueden efectuar acciones patológicas a distancia o inclusive lejanas de la boca, produciendo efectos sistémicos que tienen un origen focal o localizado en la boca. Para racionalizar este tipo de acciones a distancia, se proponen tres mecanismos diferentes que las bacterias bucales puedan contribuir al desarrollo de enfermedades propias del sitio, hasta ahora se han descrito: 1) la infección metastásica causada por translocación de bacterias; 2) la lesión metastásica en relación con las toxinas microbianas y 3) la inflamación debido a una lesión metastásica inmune 6.

Además podemos decir que en los últimos años, un creciente cuerpo de evidencia científica sugiere una fuerte asociación entre las infecciones periodontales y ciertas enfermedades sistémicas. Por ejemplo: se considera que el saco periodontal y la inflamación de los tejidos adyacentes puede servir como un sitio de recopilación, que brinda el desbordamiento de varios productos bacterianos, por ejemplo lipopolisacáridos (LPS) y mediadores inflamatorios como la interleucina-1? (IL-1?), factor de necrosis tumoral-? (TNF-?) y la prostaglandina E2 (PGE2), a la circulación, lo cual posteriormente puede extenderse por la sangre y pasar al resto del cuerpo logrando afectar el endotelio vascular, otras células y tejidos distantes del tejido periodontal. Por otra parte las enfermedades periodontales y algunas enfermedades sistémicas pueden compartir factores de riesgo comunes tales como el tabaco, el estrés y los factores genéticos 5,7,8.

Es posible que las infección periodontal pueda representar mayores riesgos adicionales para los individuos susceptibles, lo que puede contribuir a enfermedades graves como la enfermedad coronaria y al infarto, al aumento de parto prematuro, o bebés con bajo peso al nacer, igual como puede suceder con aquellas personas que padecen diabetes no controlada o con enfermedades respiratorias 9.


TRATAMIENTO PARA LAS BIOPELÍCULAS DENTALES

El control mecánico de la biopelícula dental en los dientes es hasta la fecha, el principal soporte para la eliminación de este conglomerado bacteriano y la prevención de la enfermedad periodontal, lo que no establece de forma certera y racional que estos enfoques terapéuticos sean procedimientos completamente efectivos para su control o eliminación, ya que se observan muchas deficiencias y debilidades. La baja eficacia de los procesos de higiene personal sugiere que el control de placa bacteriana por métodos mecánicos, debería conducir a la prevención de la inflamación gingival, lo que en la práctica no ocurre de forma concluyente. Esto es particularmente pertinente a la luz de la evidencia reciente, la cual sugiere que la gingivitis incrementa el riesgo de la pérdida de inserción periodontal y que la prevención de la inflamación gingival podría reducir la prevalencia de periodontitis leve a moderada en diversos grupos poblacionales, especialmente en los jóvenes. Lo que permite establecer que el control mecánico de la biopelícula dental en cavidad oral, es insuficiente para la mayoría de los pacientes en diversos grupos poblacionales 10.

Para mejorar la capacidad de control de la biopelícula dental, pero desde el punto de vista químico, se ensayaron varios agentes antimicrobianos como auxiliares, a fin de mejorar los resultados obtenidos con el cuidado bucal en el hogar, pero los resultados no son satisfactorios ni completamente eficientes 11.

Algunos estudios recientes, indican que los productos de cuidado en el hogar que contengan antimicrobianos pueden proporcionar una reducción de la gingivitis siempre y cuando éstas estén acompañadas con el cepillado y el hilo dental como medios auxiliares, en particular las formulaciones que contienen clorhexidina, enjuagues bucales que contengan aceites esenciales y triclosán y/o copolímero en colutorios y dentífricos, documentan de forma amplia los efectos clínicos antiplaca y antigingivitis 2,12. Los análisis microbiológicos "In Vivo" demuestran la capacidad de estos agentes antimicrobianos para penetrar en la masa de la biopelícula dental y para atacar eficientemente a las bacterias, sin llegar a un control total o del 100% del contenido bacteriano en la biopelícula dental. Además los antibióticos y agentes químicos pueden alcanzar áreas que son de difícil acceso, como superficies interdentales, donde también pueden afectar el crecimiento de biopelícula dental ubicadas sobre los tejidos blandos. Estos agentes antisépticos tienen una trayectoria de uso generalmente seguro y al parecer no aumenta los niveles de especies resistentes. Resaltando que el porcentaje de control de las biopelícula dental por éste tipo de antisépticos, sigue siendo bajo, sin llegar a un porcentaje de control que supere el 40% 14.

Las características estructurales y fisiológicas de las biopelícula dental confieren una resistencia innata tanto a antibióticos, a desinfectantes y a germicidas. Las bacterias de las biopelícula dental son resistentes de los agentes antimicrobianos por mecanismos diferentes a los de las células planctónicas, es decir, los sistemas de expulsión activa, mutación de la diana y enzimas modificadoras principalmente. En muchas situaciones la concentración de antimicrobiano requerida para alcanzar actividad bactericida frente a las biopelícula dental suele ser muy superior a la de las bacterias planctónicas dependiendo de la especie y el fármaco. Otra característica importante es que las bacterias que forman parte de las biopelícula dental recuperan la sensibilidad original una vez que se dispersan de la misma. Teniendo en cuenta estos datos, parece que la resistencia de las biopelícula dental a los agentes antimicrobianos no se debe probablemente a mecanismos codificados genéticamente ni a la selección de mutantes resistentes presentes en sub poblaciones, ya que los altos niveles de resistencia desaparecen por ejemplo cuando, en el caso de pacientes con dispositivos médicos infectados por biopelícula dentals bacterianas, éstos son retirados.

Está bien demostrado que la resistencia a los antimicrobianos en este tipo de estructuras es multifactorial, varía de unas especies a otras y se debe más bien a las características fisiológicas de las bacterias de la biopelícula dental, así como a la ultra superficie de la misma estructura. Entre los mecanismos responsables del elevado grado de resistencia se señalan: a) impermeabilidad de la biopelícula dental a los agentes antimicrobianos, b) tasa alterada de crecimiento de los organismos, c) el microambiente de la biopelícula dental que antagoniza la actividad antimicrobiana, d) mecanismos de resistencia expresados en bacterias planctónicas, e) elementos genéticos de transferencia horizontal y, f) el papel del biomaterial en la inducción de resistencias 15.

El primer paso para que los agentes antimicrobianos ejerzan su actividad es que alcancen su sitio de acción específico. Las biopelícula dental poseen una capa de glucocálix que protege a las bacterias infectantes de los sistemas de defensa del paciente, así como de la difusión de los agentes antimicrobianos hacia las partes específicas celulares, actuando de este modo como una barrera que impide o reduce el transporte de los antimicrobianos al interior de ellas 16.

El microambiente en el interior de las biopelícula dental es un factor que afecta a la actividad antimicrobiana debido a diferentes variables como la pO2, pCO2, concentración de cationes divalentes, niveles de hidratación, pH o concentraciones de pirimidinas, produciendo efectos adversos en la acción de los antimicrobianos en el interior de la biopelícula dental donde las condiciones ácido-básicas y aeróbicas-anaeróbicas pueden variar. Frente a las biopelícula dental podemos actuar 17:
  1. Evitando o retrasando la aparición. Se pueden realizar cambios en las características físicas y/o químicas de las superficies a las que se adhieren las biopelícula dental, de forma que se impida o retrase la adhesión. También se podría actuar sobre el medio líquido de crecimiento de la biopelícula dental.

    Se pueden realizar tratamientos que cambien el medio ambiente bacteriano (tratamiento ecológico), lo que imposibilitaría el desarrollo de determinadas biopelícula dental; mediante un buen control de la placa supragingival, se produciría un cambio en las condiciones ambientales subgingivales, dificultando el desarrollo de biopelícula dental patógenas 17.

  2. Una vez la biopelícula dental se desarrolló, podría actuarse de dos formas para eliminarlas:

    • por medios físicos, ya sea terapia de raspaje y alisado radicular.

    • por medios químicos.

    • Siendo la cavidad bucal de fácil acceso, se pueden eliminar las biopelícula dental por medios físicos, bien a nivel supragingival (por medio del cepillado y profilaxis dental), bien a nivel subgingival (por medio de raspado y alisado radicular, o cirugía periodontal) 17.

    • A nivel supragingival se pueden utilizar distintos antisépticos, y a nivel subgingival distintos antibióticos y antisépticos. Para que estos productos consigan el mayor efecto posible, sería deseable producir de forma física una desorganización previa de la biopelicula dental , lo que desde un punto de vista preventivo es de mejor oportunidad 18.

CONCLUSIONES
El fenómeno del "quorum sensing" tiene una marcada importancia en la regulación génica de las bacterias asociadas a patologías bucales, tal como se observa en otros procesos en los cuales intervienen diferentes bacterias.

La formación de la biopelícula dental es uno de los procesos que está regulado por el "quorum sensing" en las bacterias de la cavidad bucal y en diferentes patologías y condiciones sistémicas. La exploración del concepto de las biopelícula dental, arroja un mundo amplio, y de muchas necesidades de exploración, en especial lo que se refiere a la investigación en ciencias básicas aplicadas a la odontología.

Las bacterias organizadas en biopelícula dental complican la patogenia de la enfermedad periodontal y su curso natural. De tal forma que para enfrentar de forma efectiva a las enfermedades periodontales de manera que se pueda lograr un control temprano en la formación de las biopelícula dental, se debe tener en cuenta tanto el tipo de bacteria, los mecanismos de comunicación que pueden desarrollar y hasta donde se pueda, realizar una acción preventiva, por medio de moléculas de señalización que compitan o desalojen a los autoinductores de los sitios de enlace en las proteínas de las membranas de las bacterias.


REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

  1. Salvi GE, Della Chiesa A, Kianpur P, Attstrom R, Schmidlin K, Zwahlen M, et al. Clinical effects of interdental cleansing on supragingival biofilm formation and development of experimental gingivitis. Oral Health Prev Dent. 2009;7(4):383-91.

  2. Teles RP, Teles FR. Antimicrobial agents used in the control of periodontal biofilms: effective adjuncts to mechanical plaque control? Braz Oral Res. 2009;23 Suppl 1:39-48.

  3. Pan J, Ren D. Quorum sensing inhibitors: a patent overview. Expert Opin Ther Pat. 2009 Sep 7.

  4. Offenbacher S, Barros SP, Singer RE, Moss K, Williams RC, Beck JD. Periodontal disease at the biofilm-gingival interface. J Periodontol. 2007 Oct;78(10):1911-25.

  5. Cobb CM, Costerton JW, Van Dyke TE. Have we become so focused on inflammation and host response that we have neglected the role of bacteria in initiating periodontal disease? Compend Contin Educ Dent. 2009 Jan-Feb;30(1):46, 8.

  6. Hussein MH, El-Sayed MK, Talaat M, El-Badawy A, Miller FD. Epidemiology 1, 2, 3: study and sample design. Am J Trop Med Hyg. 2000 Feb;62(2 Suppl):8-13.

  7. Sweier DG, Shelburne PS, Giannobile WV, Kinney JS, Lopatin DE, Shelburne CE. Immunoglobulin G (IgG) class, but Not IgA or IgM, antibodies to peptides of the Porphyromonas gingivalis chaperone HtpG predict health in subjects with periodontitis by a fluorescence enzyme-linked immunosorbent assay. Clin Vaccine Immunol. 2009 Dec;16(12):1766-73.

  8. Singer RE, Moss K, Beck JD, Offenbacher S. Association of systemic oxidative stress with suppressed serum IgG to commensal oral biofilm and modulation by periodontal infection. Antioxid Redox Signal. 2009 Dec;11(12):2973-83.

  9. Gera I, Vari M. [Genetic background of periodontitis. Part I. Basic principles and inherited syndromes. Literature review]. Fogorv Sz. 2009 Jun;102(3):87-95.

  10. Hallmon WW, Rees TD. Local anti-infective therapy: mechanical and physical approaches. A systematic review. Ann Periodontol. 2003 Dec;8(1):99-114.

  11. Akalin FA, Baltacioglu E, Sengun D, Hekimoglu S, Taskin M, Etikan I, et al. A comparative evaluation of the clinical effects of systemic and local doxycycline in the treatment of chronic periodontitis. J Oral Sci. 2004 Mar;46(1):25-35.

  12. Barnett ML. The rationale for the daily use of an antimicrobial mouthrinse. J Am Dent Assoc. 2006 Nov;137 Suppl:16S-21S.

  13. Luc J, Mroz C, Roques C, Ducani-Federlin M. [The bactericidal activity of mouthwashes containing 0.10%, 0.12% and 0.20% chlorhexidine digluconate]. Bull Group Int Rech Sci Stomatol Odontol. 1998 Apr-Sep;40(2-3):102-8.

  14. von Fraunhofer JA, Kelley JI, DePaola LG, Meiller TF. The effect of a mouthrinse containing essential oils on dental restorative materials. Gen Dent. 2006 Nov-Dec;54(6):403-7.

  15. Ramseier CA, Kinney JS, Herr AE, Braun T, Sugai JV, Shelburne CA, et al. Identification of pathogen and host-response markers correlated with periodontal disease. J Periodontol. 2009 Mar;80(3):436-46.

  16. Mouthrinses and periodontal disease. Int Dent J. 2002 Oct;52(5):346-52.

  17. Etienne D. Locally delivered antimicrobials for the treatment of chronic periodontitis. Oral Dis. 2003;9 Suppl 1:45-50.

  18. Allaker RP, Douglas CW. Novel anti-microbial therapies for dental plaque-related diseases. Int J Antimicrob Agents. 2009 Jan;33(1):8-13.