Ecología oral Ecología oral Dra. Argelia Almaguer Flores Cirujana Dentista con Especialidad en Periodoncia egresada de la Facultad de Odontología de la Universidad Nacional Autónoma de México. Doctorado en Ciencias en el área de Biología Oral, Universidad Nacional Autónoma de México. Estancia doctoral en el Departamento de Periodontología del Forsyth Institute, USA. Miembro del Sistema Nacional de Investigadores (SNI), nivel I, CONACYT. Miembro Evaluador del Consejo Nacional de Educación Odontológica (CONAEDO). Tutora a nivel Maestría y Doctorado del Programa en Ciencias Médicas, Odontológicas y de la Salud, Universidad Nacional Autónoma de México. Fue Presidenta de la División Mexicana de la International Association for Dental Research (IADR). Profesor Asociado C, de Tiempo Completo, Facultad de Odsontología, Universidad Nacional Autónoma de México. Mtro. José Guillermo Villagómez Olea Licenciado en Estomatología, egresado de la Facultad de Estomatología de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla. Maestría en Ciencias, en el área de Biología Oral, Universidad Nacional Autónoma de México. Estancia de investigación en la Facultad de Medicina de University of Washington, USA. Candidato a Doctor por el King’s College London Insitute, Inglaterra. Profesor Titular, Facultad de Odontología, Universidad Nacional Autónoma de México. Editor responsable: Dr. José Manuel Valera Bermejo Editorial El Manual Moderno Nos interesa su opinión, comuníquese con nosotros: Editorial El Manual Moderno S.A. de C.V. Av. Sonora 206, Col. Hipodromo, Deleg. Cuauhtémoc. 06100 Ciudad de México, México (52-55) 52-65-11-00 [email protected] [email protected] Ecología oral D.R. © 2018 por Editorial El Manual Moderno, S.A. de C.V. ISBN: 978-607-448-662-9 (versión electrónica) Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana, Reg. núm. 39 Todos los derechos reservados. Ninguna parte de esta publicación puede ser reproducida, almacenada o transmitida sin permiso previo por escrito de la Editorial. Para mayor información sobre Catálogo de producto Novedades Distribuciones y más www.manualmoderno.com Director editorial y de producción: Dr. José Luis Morales Saavedra Editora asociada: Mtra. Vanessa Berenice Torres Rodríguez Diseño de portada: DG. José Arturo García Castro Preliminares Contenido Prefacio Colaboradores 1. Historia de la ecología microbiana oral y las hipótesis sobre la etiología de la caries dental y la enfermedad periodontal Etapa precientífica (hasta 1675) Etapa de 1676 a 1883: El nacimiento de la microbiología general y oral Etapa de 1884-1930: El nacimiento de las primeras hipótesis científicas búsqueda de un microorganismo casual Etapa de 1931 a 1975: El empleo de una perspectiva básica para entender las enfermedades orales Etapa de 1976-1990: El nacimiento de las hipótesis de la placa Etapa de 1991-2000: El nacimiento de las hipótesis ecológicas y una visión integradora Etapa de 2001 hasta el día de hoy: El fruto de la revolución genómica y la era postgenómica Conclusiones 2. Aspectos bioquímicos de los tejidos dentales y del periodonto Introducción Biomineralización Mecanismos de biomineralización Estructura inorgánica de los tejidos dentales y del periodonto Composición de la hidroxiapatita Estructura orgánica del esmalte dental y la dentina Proteínas del esmalte dental Amelogenina Ameloblastina Enamelina Proteínas de la dentina Colágena Proteína de la matriz dentinaria 1 (DMP1) Sialoproteína dentinaria (DSP) y fosfoproteína dentinaria (DPP) Proceso de desmineralización del esmalte y la dentina Asociado a la presencia de ácidos de origen bacteriano Asociado a ácidos de origen no bacteriano (erosión) Proceso de remineralización del esmalte dental Estructura orgánica de los tejidos periodontales Proteínas del hueso alveolar Sialoproteína ósea (BSP) Osteocalcina (OCN) Proteínas morfogenéticas de hueso (BMPs) Proteínas del cemento radicular Factor de crecimiento derivado del cemento (CGF) Proteína del cemento 1 (CEMP1) Proteína de adhesión del cemento (HACD1/CAP o CAP) Proteínas del ligamento periodontal Células troncales en el ligamento periodontal Mecanismos de homeostasis del periodonto Regulación hormonal: paratohormona, calcitonina y vitamina D 3. Papel de la saliva en el ecosistema oral Introducción Generalidades de anatomía y fisiología de la secreción salival Flujo salival Composición de la saliva Proteínas y péptidos salivales Amilasa salival Proteínas ricas en prolina (PRPs) Lisozima salival Lactoferrina Histatinas Mucinas Aglutinina salival Inmunoglobulina A secretoria (sIgA) Estaterina Cistatinas Defensinas Peroxidasas salivales Anhidrasas carbónicas Sistemas amortiguadores Sistema ácido carbónico-bicarbonato Sistema fosfatos Sistema proteínas Iones y otras moléculas presentes en saliva Alteraciones en el flujo salival Hiposalivación farmacológica y patológica Avances en la investigación de la saliva Conclusiones 4. Biopelículas en el medio ambiente oral Introducción Propiedades generales de las biopelículas Formación de las biopelículas Impacto de las biopelículas en la salud humana Biopelículas orales Placa dentobacteriana, una biopelícula Composición de las biopelículas en diversos sitios de la cavidad oral Diferencias entre la biopelícula subgingival y supragingival Composición de las biopelículas en diferentes superficies de tejidos blandos Enfermedad periodontal y biopelículas dentales Etiología de las enfermedades periodontales Conclusiones 5. Metabolismo bacteriano de la biopelícula dental y bioquímica de la caries dental Introducción Transporte de azúcares Etapas de glucólisis Fase de inversión Fase de generación de energía Fermentación y destinos del piruvato Expulsión de los protones Metabolismo específico de distintos azúcares Metabolismo de la sacarosa Metabolismo de la lactosa Metabolismo del sorbitol Metabolismo del xilitol Síntesis de polisacáridos Polisacáridos intracelulares Polisacáridos extracelulares Efectos del flúor en el metabolismo de las bacterias orales Metabolismo de las bacterias que conduce a la formación de bases Metabolismo de la urea Sistema arginina desiminasa Sistema agmatina desiminasa Mecanismos de regulación medioambiental que participan en la homeostásis de la biopelícula dental Cambios en el paradigma sobre la comprensión del ecosistema oral 6. Etiología microbiana de la caries Introducción Especies bacterianas relacionadas con la caries Iniciación de la caries Caries severa de la infancia Progresión de la caries Caries del adulto Terapias preventivas contra la caries dental Conclusiones 7. Hongos en el ecosistema oral Introducción Características y morfología celular de los hongos Formación de esporas Enfermedades orales causadas por hongos Género Candida Candidiasis orales Candidiasis pseudomembranosa Candidiasis eritematosa Candidiasis hiperplásica crónica (en placa/ nodular) Otras lesiones asociadas a Candida Relación de C. albicans con la caries dental y la enfermedad periodontal Infecciones fúngicas poco comunes en cavidad oral Aspergilosis Criptococcosis Histoplasmosis Blastomicosis Paracoccidioidomicosis Mucormicosis Tratamientos farmacológicos de las infecciones por hongos Polienos Nistatina Anfotericina B Natamicina Azoles: imidazoles y triazoles 5-fluorocitosina Futuros tratamientos 8. Participación del sistema inmunológico en el ecosistema oral Introducción Relación del sistema inmunológico y la salud de la cavidad oral Saliva e inmunidad en las mucosas Inmunoglobulina A secretora (s-IgA) Inmunidad en el surco gingival Homeostasis de neutrófilos Relación del sistema inmunológico y Candida albicans Relación del sistema inmunológico y la caries Inmunidad en contra de caries Relación del sistema inmunológico y la enfermedad periodontal Participación de la respuesta inmunológica en la resorción ósea Respuestas específicas de los anticuerpos Perspectivas de tratamiento inmunológico contra enfermedades orales 9. Biopelículas orales en dispositivos biomédicos y biomateriales Introducción Infecciones asociadas a biopelículas en dispositivos biomédicos Infecciones por biopelículas en dispositivos orales y craneofaciales Mecanismos de adhesión bacteriana a superficies debiomateriales y dispositivos biomédicos Características superficiales del biomaterial o dispositivo que afectan la formación de las biopelículas Formación de biopelículas en diversos biomateriales utilizadosen la cavidad oral Biopelículas en dispositivos implantables Biopelículas en resinas acrílicas Biopelículas en restauraciones con amalgama Biopelículas en restauraciones cerámicas Biopelículas en resinas compuestas Estrategias para la regulación de la formación de biopelículas en superficies de dispositivos y biomateriales de restauración Conclusiones 10. Control del crecimiento de las biopelículas orales Introducción Control mecánico de la biopelícula dental Control químico de la biopelícula dental Clorhexidina Triclosán Aceites esenciales Cloruro de cetilpiridino Delmopinol Fluoruro de amina y fluoruro de estaño Consideraciones importantes para la selección de agentes químicos para el control de la biopelícula dental Control de la biopelícula dental con productos naturales Polifenoles Otros compuestos Control de la biopelícula dental utilizando productos biológicos Probióticos Utilización de péptidos antimicrobianos para el control de la biopelícula dental Conclusiones y direcciones futuras 11. Relación de la microbiota oral con diferentes condiciones sistémicas Introducción Síndrome metabólico (metS) Metabolismo en diabetes mellitus tipo 2 Microbiota periodontal en diabetes mellitus tipo 2 Metabolismo en obesidad Microbiota periodontal en obesidad VIH/SIDA. Características clínicas Microbiota oral en VIH/SIDA Cáncer Cáncer de cabeza y cuello Microbiota oral relacionada al cáncer Conclusiones Glosario La Ecología es la ciencia que estudia las relaciones de los seres vivos que habitan en un medio ambiente determinado y que conforman un ecosistema. El estudio de un ecosistema requiere del conocimiento de los componentes bióticos y abióticos que lo constituyen, incluyendo las condiciones físicas y químicas del medio ambiente o hábitat en el que se desarrolla. La cavidad oral es un ecosistema complejo y fascinante en donde los grandes protagonistas son la gran diversidad de microorganismos que pueden habitar en ella. Una boca sana, es el resultado del perfecto equilibrio entre todos sus componentes anatómicos, fisiológicos, biológicos y no biológicos. En la ecología microbiana, el término “nicho” no hace referencia a su localización en el medio, sino que se refiere al papel que juega un microorganismo en un determinado hábitat. Esto quiere decir que un mismo microorganismo puede tener un “nicho” benéfico o perjudicial para los demás componentes del ecosistema, dependiendo de las características del medio ambiente en el que esté presente. Algo particularmente interesante de la ecología microbiana de la cavidad oral es que podemos encontrar microorganismos ubicuos, los cuales se pueden encontrar en una gran diversidad de hábitats formando diferentes nichos. Los microorganismos residentes en un medio ambiente natural como la piel, el intestino o la cavidad oral se pueden considerar como el componente microbiano normal de ese sitio. Este tipo de microbiota ha sido llamada también flora endógena o indígena, y por definición se considera compatible con la homeostasis del medio en el cual se desarrolla. Este tipo de microbiota residente, normalmente juega un papel benéfico o “nicho protector” en el medio. Sin embargo, existen factores que pueden modificar o alterar su equilibrio, ocasionando cambios en el medio ambiente y favoreciendo el desarrollo de enfermedades. En la cavidad oral, el ejemplo más claro cuando este desbalance ocurre, es la presencia de enfermedades como la caries y la enfermedad periodontal, ambas patologías causadas por los mismos microorganismos residentes en ella. La elaboración de este libro surge como respuesta a la necesidad de que los estudiantes de odontología puedan comprender desde un enfoque interdisciplinario, la relación entre el equilibrio ecológico oral y los factores etiológicos que inciden en la patogénesis de la caries dental, la enfermedad periodontal y la periimplantitis, principalmente. El entendimiento de esta relación permitirá que las estrategias terapéuticas y preventivas que empleen para tratar y prevenir estas enfermedades, sean las más adecuadas considerando de manera integral todos los aspectos del ecosistema oral. Argelia Almaguer Flores Mtra. Santa Rita Arroyo Cruz Cirujana Dentista egresada de la Facultad de Odontología de la Universidad Nacional Autónoma de México. Maestría en Ciencias, candidata al grado de Doctor en Ciencias en el área de Biología Oral por la Universidad Nacional Autónoma de México. Profesora Titular, Facultad de Odontología, Universidad Nacional Autónoma de México. Capítulo 5 Dr. Victor Irahuen García Pérez Cirujano Dentista egresado de la Facultad de Odontología de la Universidad Autónoma de Sinaloa. Maestría y Doctorado en Ciencias en el área de Biología Oral por la Universidad Nacional Autónoma de México. Estancia doctoral en el Departamento de Ingeniería Biomédica en Virginia Commonwealth University, USA. Profesor Titular, Facultad de Odontología, Universidad Nacional Autónoma de México. Capítulo 9 y Capítulo 11 Mtra. Miryam Martínez Hernández Cirujana Dentista egresada de la Facultad de Odontología de la Universidad Veracruzana. Especialista en Periodoncia e Implantología. Maestría y Doctorado en Ciencias en el área de Biología Oral por la Universidad Nacional Autónoma de México. Estancia doctoral en el Departamento de Periodoncia y Odontología Preventiva en Saarland University, Alemania. Capítulo 10 Dr. Gonzalo Montoya Ayala Cirujano Dentista egresado de la Facultad de Odontología de la Universidad Nacional Autónoma de México. Maestría y Doctorado en el área de Biología Oral por la Universidad Nacional Autónoma de México. Estancia doctoral en el Departamento de Bioquímica en Western Ontario University, Canadá. Profesor Titular, Facultad de Odontología, Universidad Nacional Autónoma de México. Capítulo 2 Dra. Adriana Pérez Soria Cirujana Dentista egresada de la Facultad de Odontología de la Universidad Nacional Autónoma de México. Maestría y Doctorado en el área de Biología Oral por la Universidad Nacional Autónoma de México. Profesora Titular, Facultad de Odontología, Universidad Nacional Autónoma de México. Capítulo 3 C.D. Gilberto José Ríos Ferrer Cirujano Dentista egresado de la Universidad Tecnológica de México. Profesor Titular, Facultad de Odontología, Universidad Nacional Autónoma de México. Capítulo 1 Mtra. Adriana Patricia Rodríguez Hernández Cirujana Dentista egresada de la Facultad de Odontología de la Universidad Nacional Autónoma de México. Maestría en Ciencias y candidata al grado de Doctor Ciencias en el área de Biología Oral por la Universidad Nacional Autónoma de México. Estancia doctoral en el Forsyth Institute, USA. Profesora Titular, Facultad de Odontología, Universidad Nacional Autónoma de México. Capítulo 6 y capítulo 11 Dr. Carlos Rosales Ledezma Químico Farmacéutico Biólogo y Maestro en Ciencias, egresado de la Facultad de Química de la Universidad NacionalAutónoma de México. Doctorado en Inmunología por la Washington University, USA. Investigador Nacional Nivel II, CONACYT. Miembro de la Academia Mexicana de Ciencias. Investigador Titular C, Instituto de Investigaciones Biomédicas, Universidad Nacional Autónoma de México. Capítulo 8 Dra. Eileen Uribe Querol Licenciada en Investigación Biomédica Básica, Maestría en Ciencias y Doctora en Ciencias Biomédicas por la Universidad Nacional Autónoma de México. Posdoctorado en el Departamento de Biología Celular, Molecular y del Desarrollo de Yale University, USA. Profesora de Titular, Facultad de Odontología, Universidad Nacional Autónoma de México. Capítulo 8 Dra. Laurie Ann Ximénez Fyvie Cirujana Dentista egresada de la Facultad de Odontología de la Universidad Nacional Autónoma de México. Doctorado en Ciencias Médicas en el área de Biología Oral y Microbiología por la Harvard University, USA. Profesora Titular y Coordinadora del Laboratorio de Genética Molecular, DEPeI, Facultad de Odontología, Universidad Nacional Autónoma de México. Capítulo 6 Dr. Víctor Javier Zaldívar Machorro Químico Farmacéutico Biólogo egresado de la Facultad de Estudios Superiores Zaragoza, Universidad Nacional Autónoma de México. Maestría y Doctorado en Ciencias Bioquímicas por la Universidad Nacional Autónoma de México. Técnico Académico en la Unidad de Servicios de Apoyo a la Investigación y la Industria de la Facultad de Química, Universidad Nacional Autónoma de México. La historia de la ecología microbiana oral se remonta al nacimiento de la microbiología general y al de la microbiología oral, ambas han permanecido íntimamente ligadas debido a que sus avances científicos y tecnológicos se retroalimentan. Sin embargo, por ecología microbiana oral se entiende como el estudio de los microorganismos y sus interacciones, con el medio ambiente dinámico en el que viven, en este caso, la cavidad oral; integrando aspectos de diferentes disciplinas como bioquímica, biología molecular, genética e inmunología. Han existido varios hallazgos que han marcado hitos importantes y el fruto de este conocimiento obtenido permite hoy día comprender que la perturbación del ecosistema oral conduce a afecciones y alteraciones orales, y así también, ha moldeado el raciocinio de las aproximaciones clínicas que se utilizan tanto en la prevención como en la terapéutica. A lo largo de la historia se han realizado investigaciones principalmente desde un enfoque reduccionista, es decir, mediante el aislamiento y estudio individual de aquellas especies posibles de cultivar, y por lo tanto, de identificar. Sin embargo, con el desarrollo de herramientas que permiten el estudio de los microorganismos no cultivables y el análisis masivo de datos, estos paradigmas están cambiando y ahora se trata de pasar a una visión general que tome en cuenta todas las partes involucradas y sus interacciones resultantes, tanto entre microorganismos de una misma especie, como de diferentes, y el medio en el que se encuentran. En este capítulo se expone de qué manera se fue dando, durante diferentes etapas históricas, la construcción de las hipótesis científicas que buscan explicar la etiología de las enfermedades orales, enfocándonos principalmente en la caries dental y la enfermedad periodontal (cuadro 1-1). Cuadro 1-1. Descripción comparativa de los principales eventos que dieron lugar a la ecología microbiana oral y a la microbiología general Ecología microbiana oral Fauchard publica su obra “El cirujano dentista o tratado sobre los dientes” Año(s) Microbiología general 16761686 van Leeuwenhoek observa a los microorganismos por primera vez y se lo comunica a la Royal Society 1688 Redi publica su trabajo sobre la generación espontánea 1728 17651776 Spallanzani rechaza la teoría de la generación espontánea 1786 Müller describe la primera clasificación bacteriana 1798 Jenner desarrolla vacuna contra viruela humana 18381839 Schwann y Schleiden desarrollan la teoría celular Robert Ficinus (1847) sugiere que la caries y enfermedad periodontal es causada por los animálculos de van Leeuwenhoek 18471850 Semmelweis demuestra que la fiebre puerperal es transmitida por la mala higiene de los médicos G. Gros identifica a Entamoeba gingivalis en la cavidad oral 1849 Snow realiza estudio epidemiológico del cólera en Londres 1857 Pasteur demuestra la fermentación acidoláctica por microorganismos 1858 Virchow afirma que las células provienen de otras células 1861 Pasteur demuestra que los microorganismos no provienen por generación espontánea 1867 Lister publica su trabajo sobre antisepsia 1869 Mischer descubre los ácidos nucleicos 18761877 Koch demuestra que el ántrax es causado por Bacillus anthracis 1880 Pasteur desarrolla método para atenuar un patógeno virulento del coléra de gallina 1881 Robert Koch logra cultivar bacterias en gelatina, consiguiendo un medio sólido y más práctico. Pasteur desarrolla vacuna contra el ántrax Friedrich Witzel reporta la presencia de microorganismo en lesiones periodontales 1882 Koch descubre a Mycobacterium tuberculosis, causante de la enfermedad Black publica “La formación de venenos por microorganismos. Un estudio biológico de la teoría de la enfermedad causada por gérmenes” 1884 Se publican los postulados de Koch 1884 Se desarrolla la tinción de Gram 1885 Pasteur desarrolla vacuna contra la rabia. Escherich descubre a la bacteria E. coli. Fraenkel descubre a la bacteria S. pneumoniae 1887 Richard Petri diseña la placa que lleva su apellido Miller propone la teoría quimioparasitaria de las enfermedades orales 1889 1890 von Behring y Kitasato producen suero antitóxina de la difteria 1891 Paul Ehrlich propone que los anticuerpos son los responsables de la inmunidad 1896 Van Ermengem descubre a Clostridium botulinum, bacilo que causa botulismo Leon Williams describe a la placa dentobacteriana Clarke aisla al Streptococcus mutans Robert Stephan publica su trabajo que da lugar a la curva de Stephan y al valor de pH crítico 1897 Buchner prepara extracto de levadura que realiza fermentación 1903 Wright y colaboradores descubren anticuerpos en suero de animales inmunizados 19151917 D´Herelle y Twort descubren virus que infectan bacterias 1916 Se introduce el cultivo anaerobio y se desarrolla la bomba McCIntosh (contenedor anaerobio) 1921 Fleming descubre la lisozima 1924 1928 Frederick Griffith caracteriza el fenómeno de transformación bacteriana. Rebeca Lancefield propone clasificación para Streptococcus 1929 Fleming publica su hallazgo seminal sobre la penicilina 1933 Ruska desarrolla el microscopio electrónico de transmisión 1937 Chatton clasifica a los organismos vivos en procariota y eucariota 19401944 1941 Beadle y Tatum establecen la hipótesis <<un gen - una enzima>> 1943 Luria y Delbrunck demuestran que la herencia bacteriana sigue los principios de evolución darwiniana Gottleib propone la teoría proteolítica de la caries dental 1944 Avery, MacLeod y McCarty demuestran que el DNA es una molécula que transfiere información. Schatz, Bugie y Waksman descubren la estreptomicina McClure y Hewitt inhiben la caries dental con penicilina 1946 Lederberg y Tatum descubren la conjugación bacteriana 1949 Enders, Weller y Robbins desarrollan técnica para cultivar y estudiar a los virus 1953 Watson y Crick proponen el modelo de doble hélice del DNA Mitchell y Johnson inhiben la periodontitis con penicilina 1956 Keyes y Fitzgerald demuestran que la caries dental es una enfermedad infecciosa y transmisible 1960 1961 Jacob, Monod, Perrin y Sánchez proponen el modelo operón como mecanismo de regulación de expresión genética bacteriana 1961 Sydney Brenner, Francois Jacob y Matthew Meselson demuestran que los ribosomas es el sitio de síntesis de proteínas 19611966 Marshall Nirenberg, Khorana y J.H.Matthaei dilucidan el código genético Löe y Theilade realizan experimentos de gingivitis en humanos 1965 Experimentos de Lindhe sobre periodontitis en perros 1975 Listgarten observa por microscopía electrónica las diferencias en microorganismos presentes en enfermedad periodontal Loesche propone las hipótesis de la placa (específica e inespecífica) 1976 Kohler y Milstein desarrollan técnica para producir anticuerpos monoclonales 1977 Woese y Fox proponen los tres dominios de la vida, al identificar al arquea como uno independiente Gilbert y Sanger desarrollan técnica para la secuenciación del DNA 1978 Costerton acuña el término biopelícula 1979 Se sintetiza la insulina por DNA recombinante 1980 Desarrollo del microscopio de barrido con efecto de túnel 1982 Se desarrolla una vacuna recombinante contra la hepatitis B 19831984 Gallo y Montaigner identifican al virus de la inmunodeficiencia humana 1984 Kary Mullis desarrolla la técnica de reacción en cadena de la polimerasa (PCR) Se lanza el Proyecto del Genoma Humano Theilade propone la hipótesis de la placa no específica actualizada 1986 Se aprueba el uso de la primera vacuna producida mediante ingeniería genética (vs. hepatitis B) en humanos Marsh propone la hipótesis de la placa ecológica 1994 Kleinberg caracteriza bacterias orales productoras de bases 1995 Se secuencia el genoma de Haemophilus influenzae 1996 Se secuencia el genoma de Methanococcus jannaschii 1997 Se secuencia el genoma de Escherichia coli Se proponen los complejos bacterianos de Socransky 1998 Se publica la secuencia completa de bacterias orales (F. nucleatum y S. mutans) 2002 2003 Se publica el genoma humano Takahasi propone la hipótesis de la placa extendida 2008 Se establece el proyecto del microbioma humano Se publica el microbioma oral humano 2010 Hajishengallis propone la hipótesis del patógeno piedra angular 2012 Mira propone la hipótesis de la caries tejido-dependiente 2013 Takahasi y Nyvard proponen la modificación a la hipótesis de la placa ecológica 2016 ETAPA PRECIENTÍFICA (HASTA 1675) De tiempo atrás, antiguas civilizaciones realizaron los primeros intentos por dar una explicación causal para enfermedades orales. En éstos se estableció la teoría del gusano dental, el cual, al infectar los dientes, la encía y el hueso, lograba roerlos y perforarlos. En realidad, dicha conjetura corresponde a la categoría de mitos y leyendas de las creencias humanas, la cual fue popular, pues se encuentra descrita en diversos sitios, como en un texto sumerio de cinco mil años antes de Cristo y en fuentes históricas de China, India, Egipto y Japón.1 Durante la Ilustración europea, conforme se adoptó una visión científica del mundo, se fue rechazando de manera gradual la existencia de dicho gusano y se empezaron a dar registros de observaciones formales que hicieron patente que el consumo de azúcares actúa en detrimento de la salud de los dientes y la encía. ETAPA DE 1676 A 1883: EL NACIMIENTO DE LA MICROBIOLOGÍA GENERAL Y ORAL El nacimiento de ambas disciplinas ocurre a finales del siglo XVII, con Anton van Leeuwenhoek (1632-1723), quien observa por primera vez en 1676, al utilizar lentes para microscopio diseñados por el mismo, los microorganismos provenientes de muestras de agua obtenidas en estanques de lluvia y los denomina animálculos o “pequeños animales”.3 Posteriormente, en 1683, informa las primeras identificaciones realizadas sobre microorganismos de la cavidad oral. Sus hallazgos los escribe en cartas en holandés, su lengua nativa, y que hace traducir al inglés, generalmente acompañandolas con dibujos que el mismo realizaba meticulosamente, y las envía a The Royal Society of London for Improving Natural Knowledge, o simplemente la Royal Society. Hoy en día se conoce que dichos dibujos corresponden a bacterias de tipo cocos, espiroquetas y fusiformes.4 A pesar de estos descubrimientos seminales, por un largo tiempo se ignoró el estudio de los microorganismos y su relación en la cavidad oral.5 El cirujano francés Pierre Fauchard (1678-1761), reconocido como el padre de la odontología moderna por publicar en 1728 la primera obra enciclopédica en odontología: Le chirurgien dentiste, ou Traité des dents (El cirujano dentista o tratado sobre los dientes), fue uno de los primeros en rechazar la existencia de dicho gusano pues afirmó que el establecimiento de enfermedades como la caries dental se debía a las modificaciones en la dieta de las personas y que específicamente eran los azúcares, los causantes de las afectaciones de los dientes y las encías,2 aunque no mencionaba en sustitución del gusano, la existencia de microorganismo alguno. En 1847, Robert Ficinus (1809-1852) publica en una revista oftalmológica, Über das Ausfallen der Zähne und das Wesen der Zahnkaries (acerca de la pérdida de los dientes y la naturaleza de la caries dental), donde sugiere que los animálculos descritos por van Leeuwenhoek son responsables de la caries dental y también de la enfermedad periodontal, pues menciona que “…estos animales fuerzan su camino dentro de las fibras, entre la gingiva y el cemento, aflojando a la primera y formando el cálculo que a su vez afloja los dientes...”6 Los protozoarios, los cuales son microorganismos cien veces más grandes que las bacterias, también fueron de los primeros microorganismos en identificarse como presentes en la cavidad oral. En 1849, G. Gros identificó una ameba parásita presente en este sitio, obtenida de pacientes con periodontitis y a la cual llamó “Endamoeba gingivalis”, y que más tarde fue renombrada como Entamoeba gingivalis. Sin embargo, no se le dio ninguna importancia al hallazgo hasta la década de 1980, cuando Trevor Lyons propusó que podría estar involucrada en algunos tipos de enfermedad periodontal.7 Fue Adolf Friedrich Witzel (1847-1906), quien en 1882 reporta por primera vez el hallazgo de microorganismos en lesiones periodontales, al asociarlos como causa probable la enfermedad periodontal (a la que denomina alveolitis infecciosa) que - afirma- se caracteriza por recesión gingival, formación de bolsas periodontales, depósitos de cálculo y supuración. También observa bacterias al microscopio y “micrococci” provenientes del pus que obtiene presionando la encía de los alvéolos afectados, señalando que estos encuentran en dicho sitio enfermo las condiciones favorables para desarrollarse, y además, que la pérdida de hueso puede ser resultado ya sea de la exposición a los microorganismos o por atrofia senil.6 ETAPA DE 1884-1930: EL NACIMIENTO DE LAS PRIMERAS HIPÓTESIS CIENTÍFICAS Y LA BÚSQUEDA DE UN MICROORGANISMo CAUSAL A casi dos siglos de las primeras observaciones hechas por van Leeuwenhoek, las obras de tres científicos con formación en ciencias naturales y odontología, proporcionan las bases que marcan el inicio formal de la microbiología oral. Greene Vardiman Black (1836-1915) publica en 1884 su libro The Formation of Poisons by Microorganisms. A Biological Study of the Germ Theory of Disease (La formación de venenos por microorganismos. Un estudio biológico de la teoría de la enfermedad causada por gérmenes), donde propone que dicha teoría da una explicación causal de que son los microorganismos los responsables de la caries dental, por medio de la producción de ácidos. Asimismo, afirma que esto lo sustenta tomando en cuenta las investigaciones que en ese momento realizaba un científico, de apellido Miller, que se encontraba trabajando en el laboratorio del célebre Robert Koch.8 Willoughby Dayton Miller (1853-1907), físico, matemático y odontólogo al que se considera como el “padre de la microbiología oral”, a lo largo de su vida científica publicó más de 150 trabajos científicos y en 1889 su obra magna (primero en alemán y al año siguiente en ingles) The Micro-organisms of the Human Mouth. The Local and General Diseases which are Caused by Them (Los microorganismos de la boca humana. Las enfermedades locales y generales que son causadas por éstos). En ella propone, basado en los resultados de sus investigaciones, la teoría quimioparasitaria, la cual es una hipótesis que explica que los ácidos orgánicos (quimio-) producidos por la fermentación realizada por bacterias orales (parasitaria) son los que conducen al colapso del mineral que constituye a los dientes, y eventualmente, al establecimiento de la caries dental (cuadro 1-2).9 Cuadro 1-2. ¿Por qué llamaron teorías y no hipótesis a las primeras explicaciones de las enfermedades orales? Durante los siglos pasados aún no se formalizaban muchos aspectos de la ciencia, como lo sistemas de evaluación y publicación. Esto condujo a que muchas hipótesis científicas fuesen presentadas como teorías a pesar de que carecían del cuerpo de evidencia que normalmente constituye a una. Hoy en día cuando surge una nueva explicación científica de fenómenos tan complejos (como lo son la caries dental y enfermedad periodontal), se suelen denominar hipótesis porque normalmente sólo se tiene evidencia que demuestra parcialmente la explicación propuesta. En 1897, James Leon Williams (1852-1932) describe las presencia en las superficies dentales de masas similares a “lienzo grueso” donde están presentes microorganismos formadores de ácidos y que éste…”protege al esmalte pero al mismo tiempo evita que el ácido segregado se elimine, ejerciendo su efecto protector sobre el..” es decir ejerce un efecto dual, tanto en detrimento como de defensa.10 Esta es la primera descripción de lo que posteriormente se conocería como placa dentobacteriana (hoy en día, también conocida como biopelícula dental). A pesar de que estos hallazgos complementan su hipótesis, Miller se mostró escéptico sobre la verdadera existencia de estas estructuras.10 Por estos años, y debido a las limitantes tecnocientíficas de la época, los investigadores trataron infructuosamente de identificar al que consideraban el microorganismo causante de la caries dental. Y fue hasta 1924 que James Kilian Clarke (1886-1950), logra aislar por primera vez, de una lesión cariosa, una especie bacteriana a la cual denomina Streptococcus mutans. Este microorganismo era capaz de fermentar varios tipos de azúcares y modificar el pH hacia uno más ácido, cuando se cultivaba en caldo de glucosa. Sin embargo, Clarke no pudo demostrar su relación directa con la enfermedad.11 ETAPA DE 1931 A 1975: EL EMPLEO DE UNA PERSPECTIVA BÁSICA PARA ENTENDER LAS ENFERMEDADES ORALES A comienzos de la década de 1930, se vive un vacío en el interés de los científicos odontológicos por área de la microbiología oral, pero hacia finales de la misma se empezaron a retomar las investigaciones en el área esto se reflejó en la caracterización de nuevos microorganismos productores de ácidos orgánicos como los lactobacilos. Su descubrimiento produce gran impacto y se popularizan hasta señalarlos como los principales responsables de la caries dental, en sustitución del S. mutans,12 pues se pensaba que sólo sería uno el microorganismo o especie causal de la enfermedad, al seguir tanto la tendencia de la época de caracterizar microorganismos específicos causantes de infecciones particulares como buscando cumplir los postulados clásicos de Koch. Entre 1940 y 1944 Robert M. Stephan, publica sus investigaciones sobre la producción de ácidos in vitro de la placa dentobacteriana, al emplear métodos sofisticados a través del uso de microelectrodos para medir in situ el cambio de pH en múltiples superficies dentales, posterior a la realización de enjuagues con glucosa (azúcar). Estos trabajos lo llevan a la construcción de un gráfico, al que hoy se conoce como Curva de Stephan, la cual desempeño durante esa época, un papel dominante en la investigación sobre caries dental, y que sirvió para el reconocimiento de conceptos como el de pH crítico, que es aquel valor por debajo del cual se da el proceso de desmineralización.13 En el año de 1944 se propone la teoría proteolítica, la cual es una hipótesis que iba contracorriente de las ideas de ese tiempo y que representaba una alternativa a la disminución en el pH como el principal factor que conduce a la desmineralización de los tejidos dentales. Ésta es propuesta por Bernhard Gottleib (1885-1950), quien afirma que el cambio determinante era la destrucción primaria por acción enzimática del componente orgánico (proteínico) del esmalte y que esto es lo que en realidad conduce al colapso del mineral y al establecimiento de la enfermedad.14 Frank McClure (1896-1979) y William Lane Hewitt (1916-1993), publican en 1946, que la penicilina inhibe el desarrollo de caries dental en ratas, lo que reafirma el origen bacteriano de esta enfermedad.12 Por su parte, diez años después, David F. Mitchell (1918-1975) y Marilyn Johnson, suman sus estudios a la evidencia de la relación bacteriana con la salud del periodonto pues mediante la administración también de penicilina logran inhibir desarrollo de periodontitis en hámsteres,15 por lo que también se suma evidencia sobre el papel fundamental de las bacterias en la patogénesis de esta enfermedad. Hasta finales de esta década (1950) existía la idea generalizada que las enfermedades orales se daban como resultado del crecimiento de la “masa” bacteriana, y que la presencia de la enfermedad obedecía más a razones cuantitativas que cualitativas.12,16 Asimismo, persistía la idea, que la enfermedad periodontal podía ser debida a un defecto constitucional, resultado de un traumatismo por oclusión, atrofia o por la combinación de dichas características. En 1960, Paul Hathaway Keyes (1917-2017) publica dos artículos clásicos de la microbiología oral, resultado de su trabajo en conjunto con Robert James Fitzgerald (1918-2007). Mediante el uso de modelos murinos demuestran la naturaleza infecciosa y transmisible de la caries dental y además que era un tipo particular de estreptococo el responsable, irónicamente, sin darse cuenta que se trataba del S. mutans caracterizado por Clarke.12,17,18 También en los años 1960 se buscaban microorganismos causantes de la enfermedad periodontal. Uno de los grandes catalizadores que condujo al avance en la identificación de potenciales microorganismos periodontopatógenos, fue el mejoramiento de los cultivos en condiciones de anaerobiosis.16 Esto permitió que Arden Howell Jr. (1910-1966) y colaboradores llegaran a la conclusión, en 1963, que las bacterias anaerobias del género Actinomyces estaban relacionadas al desarrollo de la enfermedad,19 aunque hoy se sabe que dichas especies son de las más abundantes en las biopelículas orales y que, en cambio, están más relacionadas con estados de salud periodontal. Por su parte, Harold Löe (1926-2008) y Else Theilade (1934-) publican en 1965 los resultados de su estudios sobre la acumulación de placa dentobacteriana causando gingivitis experimental en humanos.20 Después, en 1975, Jan Lindhe y su grupo en Suecia, demostraron por medio de un estudio longitudinal de cuatro años, que la acumulación de placa dentobacteriana inducía la pérdida irreversible del periodonto, al emplear un modelo experimental con perros Beagle.21 ETAPA DE 1976-1990: EL NACIMIENTO DE LAS HIPÓTESIS DE LA PLACA Para 1976, Max A. Listgarten (1935-) logra identificar por microscopía electrónica, diferentes especies bacterianas entre sujetos sujetos periodontalmente sanos y enfermos, al observar muestras de placa dentobacteriana supra y subgingival. Esto desafió el concepto de que el cambio cuantititavo más que cualitativo era el determinante en la patogénesis de la enfermedad.22 Walter Joseph Loesche (1935-2012), en una búsqueda por categorizar e integrar el conocimiento acumulado hasta entonces (1976), toma retrospectivamente la evidencia acumulada en microbiología oral para establecer dos hipótesis contrincantes. A la primera la denomina como hipótesis de la placa inespecífica, la cual afirma que la acumulación y actividad global de la placa dentobacteriana es la responsable de las enfermedades orales (caries dental y enfermedad periodontal) sin ser relevantes aspectos como bacterias específicas o sus niveles de virulencia bajo dicha concepción, una mezcla heterogénea de microorganismos son los causantes de dichas patologías. Al mismo tiempo propone la hipótesis de la placa específica que, de manera opuesta, establece que de toda la población bacteriana presente en la placa dentobacteriana, sólo unas cuantas son las responsables o involucradas activamente en las enfermedades.23 A finales de 1970 y principios de 1980, Israel Kleinberg (1930-) aportó evidencia acerca de la existencia de microorganismos en la cavidad oral capaces de sintetizar y secretar sustancias alcalinas (básicas), y que esto quizás contribuye a la homeostasis de la cavidad oral24 al hacer frente y neutralizar los ácidos producidos por bacterias fermentativas. Estos estudios fueron ignorados, pero recientemente se ha replanteado su papel en la homeostasis del ecosistema oral y se busca explotar su potencial como medida terapeútica (véase capítulo 5: Metabolismo bacteriano de la biopelícula dental y bioquímica de la caries dental). En 1986, Theilade retoma los conceptos de las hipótesis de la placa no específica y específica haciendo una comparación y actualizando a la primera, donde reafirma que es la actividad general de la microbiota la responsable de las enfermedades, pero la enriquece al reconocer que existen diferencias entre la virulencia bacteriana que deben ser tomada en cuenta, por lo tanto, a esta la redenomina como hipótesis placa no específica actualizada.25 ETAPA DE 1991-2000: EL NACIMIENTO DE LAS HIPÓTESIS ECOLÓGICAS Y UNA VISIÓN INTEGRADORA En 1994, Philip D. Marsh (1949-), propone la hipótesis de la placa ecológica donde reconoce e integra elementos claves tanto de la hipótesis de la placa específica como de la inespecífica, pues afirma que la caries dental y enfermedad periodontal son resultado de la pérdida del balance de los microorganismos residentes de la biopelícula, debido a fenómenos de “estrés” en el ecosistema oral, lo que resulta en el enriquecimiento de sólo algunos patógenos orales o microorganismos relacionados a la enfermedad.26 Sigmund S. Socransky (1934-2011) y Anne D. Haffajee (1947-2013), junto con otros colegas del Forsyth Dental Center (hoy Forsyth Institute) publican en 1998 un artículo donde -utilizando una técnica molecular llamada de checkerboard para hibridaciones de DNA-DNA (desarrollada por el mismo Socranksky) y analizando más de 13 000 muestras de placa dentobacteriana subgingival-, determinan que existen asociaciones específicas entre las bacterias presentes en las biopelículas dentales, las cuales denominaron “complejos bacterianos principales de la placa dentobacteriana subingival”27 o también conocidos como los “complejos de Socransky” (véase capítulo 4: Biopelículas en el medio ambiente oral). Otro aspecto importante a considerar es lo poco que ha sido estudiado el papel de los virus en la homeostasis del ecosistema oral pues básicamente sólo se les ha dado importancia como entidades relacionadas con patologías particulares. Sin embargo, investigaciones realizadas en la década de 1990 han propuesto que estos forman parte normal del ecosistema oral y que asimismo pueden tener una potencial participación en la etiopatogénesis de la enfermedad periodontal, al formar un consorcio patógeno en conjuntos con bacterias.28,29 ETAPA DE 2001 HASTA EL DÍA DE HOY: EL FRUTO DE LA REVOLUCIÓN GENÓMICA Y LA ERA POSTGENÓMICA En 2002 se publicó por primera vez, la secuencia genética completa de una bacteria oral, Fusobacterium nucleatum,30 y unos meses más tarde la de Streptoccocus mutans.31Al siguiente año se publica la secuencia completa de Porphyromonas gingivalis,32 a partir de una cepa aislada desde 1950 y que se mantenía guardada en el Instituto Pasteur. Aunque hoy en día, obtener la secuencia genética completa de un microorganismo es un proceso rutinario, estos primeros reportes marcaron el inicio de una nueva etapa para la ecología microbiana oral. Debido al impulso dado por el Proyecto del Genoma Humano (empezado en 1984 y declarado completo en 2003) y otras iniciativas mundiales, fue que posterior al inicio del nuevo milenio se tenían disponibles nuevas tecnologías y se conceptualizaron nuevas formas de realizar investigación científica, como el estudio global u “ómico” de las moléculas que conforman a los seres vivos. La era postgenómica (después del año 2004) ha permitido avances significativos en la identificación y análisis de genomas, proteomas, metabolomas, metagenomas, así como las interacciones entre los microorganismos y sus moléculas.33 Esto dio un fuerte impulso en favor de las hipótesis ecológicas, pues los datos han mostrado que es probable que las enfermedades orales resultan de un estado de disbiosis, es decir, de la pérdida del balance o de adaptación de microbiana, donde puede participar más de una especie particular (comunidades o consorcios microbianos).16,34 “En 2008, Nobuhiro Takahasi (1959- ) en conjunto con Bente Nyvard proponen la hipótesis de la placa ecológica extendida, la cual es una modificación a la de Marsh.35 En esta indican que a partir de la actividad metabólica bacteriana se regulan las adaptaciones y selección en los ecosistemas orales bacterianos, y que es su perturbación lo que conduce o participa en la etiología de procesos patológicos o alteraciones, además de caries dental y enfermedad periodontal, otros como halitosis y cáncer oral. Asimismo, a finales de 2016, proponen cambios a su hipótesis para explicar la caries radicular y dentinaria, rescatando e integrando elementos de la teoría proteolítica de Gottleib.36 En 2008 se lanza la iniciativa del microbioma humano para caracterizar la diversa microbiota que cohabita al ser humano, y en 2010 se publica la base de datos del microbioma oral humano (Human Oral Microbiome Database: HOMD). El objetivo de esta es proveer información tanto fenotípica, filogenética, clínica y bibliográfica de alrededor de 700 especies procarióticas presentes en la cavidad oral (www.homd.org).37 Con la ayuda de este tipo de herramientas, se preveé que será más fácil comprender a profundidad cómo son los cambios en la microbiota oral en salud y enfermedad. En 2012, George N. Hajishengallis (1964-) junto con sus colaboradores proponen la hipótesis del patógeno piedra angular, donde establecen que ciertos microorganismos presentes, incluso en poca abundancia, formando parte de una microbiota determinada, pueden orquestar respuestas inflamatorias en el huésped, lo que de manera eventual conducirá a una modificación pasando de una microbiota normal a una disbiótica. Esta hipótesis plantea que P. gingivalis es un tipo microorganismo “angular” en la enfermedad periodontal, y también afirma que su hipótesis explica la naturaleza de otras patologías como la enfermedad inflamatoria intestinal.38 En 2013, el grupo de investigación dirigido por Alex Mira Obrador (1972-) han desarrollado una nueva hipótesis sobre la formación y avance de la caries dental, basada en el estudio del metagenoma de lesiones cariosas; la denominada hipótesis tejido-dependiente de la caries dental afirma que la caries dental es un proceso de etiología polimicrobiana variable, donde las bacterias productoras de ácidos son el vehículo que penetra el esmalte dental para permitir que otros microorganismos que degradan la dentina puedan expandirse en la lesión en formación.39 Por otra parte, al igual que en el caso de los virus y otros microorganismos, los hongos han permanecido poco estudiados con relación al ecosistema oral. Sin embargo, dos estudios prominentes de metagenómica publicados en 2010 y 2014, surgieren que la cavidad oral sana tiene un grupo mucho más diverso y enriquecido de especies de hongos que lo que previamente se pensaba y asimismo existe evidencia sobre que también podrían estar involucrados a enfermedades, como caries dental, diferentes a las micosis comúnmente señaladas.40,41 CONCLUSIONES Las observaciones de van Leeuwenhoek marcan el inicio de la microbiología general pero también de la oral, al observar por primera vez los microorganismos provenientes de la placa dentobacteriana. A pesar de esto, fue la suma del trabajo de Black, Williams y Miller, lo que constituyó la formalización de la microbiología oral al estudiar los mecanismos por los cuales se da el establecimiento de enfermedades orales por parte de microorganismos y al lograr identificar a la placa dentobacteriana (hoy denominada biopelícula dental). A lo largo de la historia de la ecología microbiana oral se han propuesto diferentes hipótesis que tratan de explicar la etiología de las enfermedades orales, pero son las hipótesis contemporáneas las que toman en cuenta los componentes globales e interacciones entre los elementos que conforman al ecosistema oral. Sin embargo, es probable que aún se modifiquen y surgan nuevas hipótesis pues los estudios “ómicos” están permitiendo analizar el papel de microorganismos previamente no reconocidos o identificados como parte normal de la dinámica en el ecosistema oral. Referencias 1. Gerabek WE: The tooth-worm: historical aspects of a popular medical belief. Clinical oral investigations. 1999; 3(1):1-6. 2. Maloney WJ, Maloney MP: Pierre Fauchard: the father of modern dentistry. Journal of the Massachusetts Dental Society. 2009;58(2):28-29. 3. van Leewenhoeck A: Observations, Communicated to the Publisher by Mr. Antony van Leewenhoeck in a Dutch Letter of the 9th of Octob. 1676. 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El ligamento periodontal es un tejido importante para la autorregulación de la integridad del mismo. La diferencia en cantidad y variedad de proteínas en cada tejido, proporciona características fisicoquímicas particulares que pueden ser alteradas por diversos factores presentes en el medio bucal. El objetivo de este capítulo es revisar los avances en los conocimientos de procesos bioquímicos y moleculares que participan activamente en la formación y homeostasis de los tejidos que conforman la estructura de los dientes, así como de sus tejidos de soporte que mantienen la integridad y el estado de salud de la cavidad oral. El entendimiento de estos procesos, ha permitido la identificación de moléculas clave para el diseño de estrategias terapéuticas novedosas en el área clínica. Y en un futuro con los avances científicos y tecnológicos actuales, será posible implementar terapias más predecibles y exitosas para el tratamiento de dos de las patologías más importantes y prevalentes que afectan la cavidad oral; la enfermedad periodontal y la caries. BIOMINERALIZACIÓN Los tejidos mineralizados de los seres humanos se forman gracias a un proceso fisiológico regulado por interacciones de minerales y moléculas extracelulares llamado biomineralización. Tanto el hueso como los órganos dentarios son tejidos calcificados compuestos principalmente de fosfato de calcio, en forma de hidroxiapatita, dicho mineral es depositado por células diferenciadas, a través de la interacción de las células del ectomesénquima sobre las células epiteliales.1 El mecanismo molecular de la mineralización tiene lugar dentro de las vesículas de matriz, las cuales son liberadas a partir de la superficie de condrocitos, osteoblastos, odontoblastos y cementoblastos. Los iones de fosfato de calcio se acumulan dentro de las vesículas, donde eventualmente precipitan y forman cristales de hidroxiapatita. Estos cristales atraviesan la membrana de las vesículas y dan lugar a los nódulos de calcio en el fluido extracelular. Dichos cristales crecen dentro de la estructura de las fibras de colágena. El grado de maduración y crecimiento de los cristales está determinado por las condiciones extracelulares presentes y donde influyen de manera importante; el pH, la concentración de iones de fosfato, calcio y la presencia de proteoglicanos y proteínas no colagénicas de la matriz extracelular de cada tejido (figura 2-1). Figura 2-1. Mineralización en vesículas de matriz. En el caso del esmalte, dichas vesículas están ausentes, por lo que la matriz del mismo es secretada y delimitada por la lámina basal, producida por los ameloblastos, e inmediatamente después es mineralizada. Una vez que el esmalte ha alcanzado su grosor final, los ameloblastos secretan proteasas específicas que degradan las proteínas presentes, dando como resultado cristales de hidroxiapatita organizados en un tejido mineral denso.1 La función esencial de las moléculas que participan en el proceso de mineralización se atribuye a su interacción con los iones de calcio, que permiten el crecimiento cristalino y a posibles interacciones con otras moléculas. Los glucosaminoglucanos con carga negativa, el ácido γ-carboxiglutámico y otros aminoácidos (glutamato Glu, aspartato Asp, y fosfo-serina) son capaces de quelar iones de calcio que permiten la cristalización o la inhibición de la mineralización (como el caso de la proteína de la matriz Gla, MGP). La adsorción de las distintas moléculas sobre caras cristalinas preferenciales, puede bloquear la adición de más iones e influir en la forma y/o tamaño del cristal. Por otro lado, si la interacción estabiliza el núcleo cristalino, facilitará la mineralización.1 El término “mineral” de acuerdo con la Asociación Internacional de Mineralogía (IMA, por sus siglas en inglés) se define como “un elemento o compuesto químico que es normalmente cristalino y que ha sido formado como resultado de un proceso geológico”.2 Posteriormente, Skinner en el año 2005, propuso el término “biomineral”, describiéndolo como “un elemento o compuesto que puede ser amorfo o cristalino y que es formado mediante un proceso biogeoquímico.”3 Sin embargo, aún no existe un consenso internacional aceptado, acerca de estas definiciones. Estudios cristalográficos revelan que los biominerales son estructuras con un alto grado de ordenamiento y con propiedades magnéticas o eléctricas, producto de la interacción de la fase mineral con la fase orgánica. Dichos estudios demuestran que las proteínas determinan la fase mineral, nucleación, crecimiento y morfología de los cristales, en donde, las fibras de colágena juegan un papel importante, al brindar el andamio necesario para la precipitación de iones. Se sabe que el crecimiento de los biocristales está determinado por la existencia de un núcleo preformado el cual posiblemente es de naturaleza amorfa, y que se transformará en un mineral cristalino, mediante la transformación de estado sólido.1 Mecanismos de biomineralización El término biomineral se refiere a los minerales producidos bajo condiciones controladas en sistemas biológicos. Dichos biominerales poseen características de tamaño, forma y cristalinidad que son distintas de sus equivalentes abióticamente formados. Esta notable capacidad, está codificada en los genomas de los organismos biomineralizantes, que son capaces de producir biomoléculas que inducen la nucleación de minerales polimorfos específicos y que controlan su crecimiento.1 Un cristal, es un cuerpo sólido que posee una disposición de repetición regular de moléculas consistentes, átomos o iones. La nucleación es el evento inicial durante la precipitación de un cristal inorgánico a partir de los iones disueltos. El proceso se produce a través de la agregación de iones en fase, desde soluciones individuales para formar un grupo pequeño, conocido como núcleo. La formación de un núcleo cristalino sigue las leyes de Ostwald-Lussac, quienes propusieron que la vía para obtener un estado cristalino final requiere pasar por estadios menos estables para incrementar su estabilidad. La estabilidad de un núcleo depende de su tamaño, que a su vez, es dependiente del nivel de sobresaturación de la solución; ya que núcleos más grandes que el radio crítico tienden a un crecimiento más grande, mientras que aquellos por debajo del límite inferior del radio crítico tienden a disolverse. La formación de un núcleo en una solución pura se conoce como nucleación homogénea. En contraste, los organismos facilitan la biomineralización, a través de nucleación heterogénea, en núcleos preexistentes o semillas de cristales (el núcleo recién formado tiene una composición similar pero diferente al resto). Esto ocurre debido a la presencia de impurezas y otras moléculas orgánicas en solución, lo que reduce la barrera de energía libre.4,5 Después de la formación de un núcleo, la tasa de crecimiento de un cristal en una solución sobresaturada es dependiente de la velocidad de transporte o difusión de iones de la red a la superficie del cristal. Hay dos maneras para que se logre el crecimiento del cristal. El primer método implica el crecimiento de un núcleo de 2 dimensiones en una superficie preexistente, que, aunque más favorable que la creación de un núcleo 3-dimesional, el crecimiento es menor que el producido en soluciones altamente supersaturadas. Por tanto, el crecimiento se logra aumentando el nivel de sobresaturación de los iones primarios. El segundo mecanismo de mineralización implica el uso de macromoléculas biológicas, tales como proteínas o polisacáridos, como plantillas que imitan la red cristalina de una cara cristalina particular, compensando así la entropía desfavorable asociado con la transición de fase de solución sólida. Por lo general, el crecimiento cristalino se da en arreglos de espiral que se crean en las dislocaciones de la red cristalina (roturas en la red cristalina), conocidos como dislocaciones de tornillo o montículos de crecimiento. Al crecer en forma de espiral, proporcionan una fuente perpetua de láminas de crecimiento.4 Para que la precipitación de cristales se lleve a cabo, es necesario que la energía libre de la solución inicial sea mayor que la suma de la energía libre, tanto de la fase cristalina como de la solución final. Por tanto, las moléculas de agua juegan tienen una función relevante, pues su interacción con iones, moléculas y partículas coloidales son un factor importante en la entalpía y entropía del sistema. El efecto sobre la entalpía depende de la fuerza de unión del agua con las moléculas del soluto y la fuerza de los enlaces que forman el cristal. En el caso del efecto de la entropía, tiene que ver con el comportamiento de las moléculas de soluto para cambiar la energía libre durante la cristalización.4 La cristalización no es un proceso estático, ya que las moléculas constantemente se unen y liberan de la estructura cristalina. La probabilidad de que las moléculas se desprendan de la estructura cristalina depende de la fuerza de sus enlaces, los cuales pueden ser influenciados por la temperatura. El balance entre las moléculas adheridas y las libres determinan otro factor importante en la cinética de crecimiento, la solubilidad. Un cristal altamente soluble, puede crecer más rápido que cristales menos solubles, incluso en condiciones de supersaturación. Además, la temperatura y el pH también son factores determinantes en el grado de solubilidad de un cristal, debido a los posibles enlaces que puedan establecerse en la solvatación de las moléculas.4 ESTRUCTURA INORGÁNICA DE LOS TEJIDOS DENTALES Y DEL PERIODONTO Composición de la hidroxiapatita Las sales de fosfato de calcio con importancia biológica incluyen el fosfato de calcio amorfo, así como también una variedad de formas cristalinas las cuales se resumen en el (cuadro 2-1). Cuadro 2-1. Compuestos minerales de sales de calcio Fosfato de calcio Mineral Fórmula química Relación Ca/P Fosfato dicálcico (DCPA) Monetita CaHPO4 1 Fosfato de calcio dihidratado (DCPD) Brushita CaHPO4•2H2O 1 Fosfato β-tricálcico (TCP) Whitlockita Ca3(PO4)2 1.5 Fosfato octacálcico (OCP) - Ca8H2(PO4)6 5H2O 1.33 Hidroxiapatita Apatita Ca10(OH)2(PO4)6 1.67 Fluorapatita - Ca10F2(PO4)6 1.67 La hidroxiapatita (HAP) ha sido uno de los biominerales más estudiados, ya que es el principal componente inorgánico del hueso y órganos dentarios de humanos, y de mamíferos, en general. Este biocristal, pertenece al grupo de las apatitas y está constituido por átomos de calcio, fósforo, oxígeno e hidrógeno (Ca10 (PO4)6 (OH)2). Tiene una estructura cristalina hexagonal, cuya celda unitaria está caracterizada por poseer un plano rico en iones calcio con carga positiva, y otro plano rico en iones fosfatos e hidroxilos con carga negativa, ambos planos son altamente específicos para la adsorción de diversas moléculas orgánicas que participan en la regulación de la morfología del cristal. Dependiendo del tejido mineralizado, los cristales de hidroxiapatita pueden adoptar distintas orientaciones, las cuales le brindarán características anisotrópicas como absorción, biocompatibilidad y solubilidad. La hidroxiapatita pura, contiene 39.68 wt % de calcio (Ca) y 18 wt % de fósforo (P), que dan lugar a la relación Ca/P de 1.67. La hidroxiapatita en los tejidos mineralizados del humano no es un cristal estequiométrico, ya que presenta cantidades traza de otros iones (CO32-, Na+, Mg2+, Fe2+, F-, Zn2+). Uno de los iones que cobran mayor importancia es el flúor (F-), el cual es un elemento esencial para el crecimiento dental y óseo. El ion F- tiene la capacidad de estimular la proliferación y diferenciación de osteoblastos. El flúor puede integrarse a la estructura de la hidroxiapatita sustituyendo al ion hidroxilo (OH-), su presencia, incrementa la cristalinidad y el tamaño del cristal disminuyendo su solubilidad. De esta manera puede superar las propiedades mecánicas de resistencia a la fractura y módulo elástico de la hidroxiapatita, dando como resultado fluorapatita y fluorhidroxiapatita. La hidroxiapatita es un cristal biocompatible que ha sido empleado en aplicaciones médicas y dentales en forma de gránulos, discos y como revestimiento en la regeneración de tejidos (figura 2-2).6,7,8,9,10 Figura 2-2. Disposición atómica en la celda unitaria hexagonal de la hidroxiapatita, en la cual se muestran las posiciones atómicas de Ca, P, O y H. ESTRUCTURA ORGÁNICA DEL ESMALTE DENTAL Y LA DENTINA Los organismos son capaces de modular la rigidez de los biominerales para adaptarse a funciones particulares. Por ejemplo, la flexibilidad de huesos está relacionada con la proporción de agua y material orgánico que abarcan alrededor de masas iguales de agua/materia orgánica y mineral. Los tipos más comunes de macromoléculas biológicas capaces de modular el crecimiento de cristales son polisacáridos ácidos y proteínas de la matriz extracelular (MEC). Se ha propuesto que las proteínas de la MEC altamente ácidas, controlan la precipitación y el crecimiento de minerales en el esqueleto de los vertebrados.8-9 Las proteínas con residuos neutros o cargados positivamente, por lo general presentan una baja afinidad a la superficie de los cristales de HAP. Mientras que las proteínas salivales con residuos negativos en regiones específicas de la molécula tienen una alta afinidad por la HAP y tienen la capacidad de adsorberse a la superficie del esmalte dental. Dentro de los sistemas biológicos, las moléculas orgánicas capaces de modificar la cristalización inorgánica son una clase de proteínas polianiónicas. Éstas poseen proporciones altas de ácido aspártico, ácido glutámico, serina y residuos fosforilados.8,9 Se sabe que residuos poli-Glu permiten que las macromoléculas se adsorban de forma inespecífica a las caras de los cristales, probablemente debido a las características estructurales. En un pH fisiológico, el poli-Asp es desordenado, mientras que el poli-Glu persiste como una hélice extendida. La fosforilación postraduccional de ciertas proteínas también participa en la regulación de la biomineralización ya que, aumenta las propiedades inhibitorias de varias proteínas. La combinación de residuos ácidos y la fosforilación postraduccional en la adsorción biomineral, indican que la carga negativa de estas proteínas es imprescindible para que puedan llevar a cabo su función. La agrupación de estas cargas negativas sugiere que la alta afinidad de las proteínas ricas en ácido aspártico hacia minerales ricos en calcio, se deriva de su capacidad para interactuar electrostáticamente con iones de calcio. La adsorción de estas moléculas acídicas de la matriz extracelular en ciertas caras de un cristal, podrían bloquear la adición de más iones a esa superficie influyendo en el tamaño y crecimiento cristalino.8,9 Diversos estudios se han enfocado en evaluar la estructura secundaria de proteínas y su papel en la nucleación. De manera previa se demostró que la presencia de estructuras β-laminar de poli-aspartato permiten un tipo de interacción entre las cadenas laterales de los aminoácidos y componentes de los cristales debido a un correcto espacio y distancia determinado por la estructura periódica plana.11 Y recientemente se ha propuesto la hipótesis de flexibilidad poli-electrolítica sobre la interacción de minerales y componentes orgánicos, basada en estudios de dinámica molecular, donde las interacciones electrostáticas se dan gracias a la flexibilidad estructural presente en proteínas o moléculas “desorganizadas”.12 Proteínas del esmalte dental El esmalte dental es el material más duro encontrado en los mamíferos. Tiene una alta organización y densidad mineral, y a su vez presenta un alto módulo elástico y otras propiedades mecánicas que le permiten prevenir ciertas fracturas. La clave para alcanzar tan precisa organización en su arquitectura, se da gracias al alto control de las proteínas y sus interacciones en la formación del mineral. En la formación del esmalte dental, los ameloblastos depositan la matriz del esmalte sobre la predentina formada, este proceso dinámico ocurre en el espacio extracelular entre el ameloblasto pre-secretor y la dentina mineralizada. Este tejido crece continuamente con la secreción de matriz extracelular del esmalte, hasta que el ameloblasto ha secretado todo el espesor de la matriz. En esta fase, los ameloblastos producen y secretan la mayor cantidad de proteínas que determinarán el grosor final del esmalte, aunque la matriz orgánica no se encuentra mineralizada en su totalidad. Una vez terminada esta fase, las células incrementan la síntesis de proteínas; mismas que participan en la degradación y resorción de la lámina basal que las separa de la dentina. En esta fase de maduración, se produce la degradación casi completa de proteínas y un rápido crecimiento cristalino, gracias a que los ameloblastos regulan el transporte de iones (calcio, fosfato, carbonato) y el pH, hasta alcanzar la mineralización completa del tejido. La matriz extracelular del esmalte está compuesta por diferentes proteínas y proteasas. Dentro de las proteínas secretadas por ameloblastos están la amelogenina, enamelina, ameloblastina, tuftelina y las proteinasas (metaloproteinasa-20 o MMP20 y Kalikreina-4 o KLK4).13 A continuación se describen las tres proteínas principales presentes en el esmalte dental; la amelogenina, la ameloblastina y la enamelina. Amelogenina Es la principal proteína estructural de la matriz orgánica del esmalte, ya que constituye alrededor del 90% de su contenido proteico. El gen que la codifica se localiza tanto en el cromosoma X como en el Y, está conformado por 7 exones, siendo el exón 6 el más largo. El RNA mensajero de la amelogenina está sujeto a una gran cantidad de procesos de splicing (proceso donde se eliminan los intrones de los genes), dando como resultado distintas secuencias peptídicas. Esta proteína regula la organización y crecimiento de los cristales y su presencia es crítica para formación normal de esmalte. La amelogenina da lugar a una isoforma (péptido rico en Leucinas) que cumple con funciones de señalización celular, interactuando con células óseas promoviendo su diferenciación. Presenta una región central concentrada de prolina, histidina y glutamina, mientras que en el extremo amino-terminal hay una secuencia rica en tirosinas. En general, la amelogenina pertenece a un grupo de proteínas conocidas como “intrínsecamente desordenadas”, ya que no presentan una estructura secundaria determinada por la naturaleza de sus aminoácidos. La proteína amelogenina se autoensambla en nanoesferas que se agregan de manera dependiente de la temperatura, del pH y de su interacción con otras proteínas. Por lo que se considera una proteína que promueve la nucleación de cristales, además de dirigir su morfología y crecimiento (figura 2-3).13 Figura 2-3. Adsorción de la amelogenina en el crecimiento de cristales de hidroxiapatita. Ameloblastina Es la segunda proteína más abundante en la matriz orgánica del esmalte (alrededor del 5% de la proteína total presente); sin embrago, sus niveles descienden durante la maduración. Es una glicoproteína que contiene altos porcentajes de prolina (15.2%), leucina (10.2%) y glicina (9%) y también se encuentra altamente fosforilada, ya que contiene hidroxi-Prolinas. Se han identificado dos dominios “sin estructura” que son susceptibles a proteólisis. El polipéptido amino-terminal parece ser más estable que su contraparte carboxiterminal. Se considera una proteína crítica para la formación del esmalte, además que posee propiedades de adhesión celular y se piensa que regula la diferenciación de ameloblastos. La ameloblastina es secretada en gránulos junto con la amelogenina, lo cual sugiere la existencia de una interacción entre las proteínas a través de dominios de unión tipo lectina, que también posee la amelogenina. Es una proteína que sufre de degradación una vez que es secretada por acción de la proteinasa del esmalte MMP20.13 Enamelina La enamelina es una proteína expresada durante las tres primeras fases de la formación del esmalte y su expresión culmina previo a la expresión de la amelogenina. Es una glicoproteína de naturaleza hidrofílica y acídica; ya que contiene altas cantidades de prolina (18.8%), glicina (12.3%), treonina (10.4%) y ácido glutámico (9.4%). Esta proteína, presenta una alta afinidad a la hidroxiapatita y puede controlar la nucleación y crecimiento del cristal, por lo que se hipotetiza que interactúa con la amelogenina en posibles autoensambles macromoleculares o como proteína “chaperona” al estabilizar su estructura.13 Proteínas de la dentina La dentina es un tejido mineralizado sintetizado por los odontoblastos. Tiene características similares con el hueso y el cemento radicular en cuanto a su formación, así como en su composición. Se sabe que en la dentina existen tanto proteínas de origen colagénico, como no-colagénico llamadas NCPs (por sus siglas en inglés, noncollagenous proteins). La predentina es su precursora y está formada por la interacción de moléculas orgánicas que promueven y controlan la mineralización de fibras de colágena tipo I, dando lugar a la dentina madura. La colágena tipo I forma un andamio para la precipitación de fosfato de calcio amorfo y su eventual transformación a cristales de hidroxiapatita. Sin embargo, el proceso de nucleación y mineralización de la colágena en este tejido es controlado por un conjunto de proteínas de grupo de las NCPs. Las proteínas de la matriz dentinaria o DMPs (por sus siglas en inglés, dentin matrix proteins) pertenecen al grupo de las NCPs y las más importantes son: la proteína de la matriz dentinaria 1 (DMP1), la fosfoproteína dentinaria (DPP o también llamada DMP2), la sialoproteína dentinaria (DSP) y la proteína de la matriz dentinaria 4 o DMP4.14,15,16 A continuación se describen las características de algunas de las principales proteínas presentes en la dentina. Colágena Es una proteína estructural importante en la matriz extracelular del hueso y la dentina, la tipo I es la más abundante en estos tejidos. La colágena está formada por tres cadenas polipeptídicas denominadas tropocolágena. Cada cadena se caracteriza por poseer la secuencia glicina-prolina-hidroxiprolina (Gly-X-Y), cuyos residuos permiten diversas interacciones moleculares que forman una estructura fibrilar (triple hélice). Las fibras de colágena se entrecruzan entre sí y con otras fibras, brindando fortaleza mecánica al tejido. La colágena es un reservorio de cationes, aniones y pequeñas moléculas. Se ha utilizado como un andamio en ingeniería de tejidos, debido a que el entrecruzamiento y superposición de las fibras da lugar a espacios o brechas (“zonas hole”) que permiten el depósito, crecimiento y maduración de precursores minerales en la formación de tejidos mineralizados. La colágena tipo I es el principal componente de la matriz extracelular y la más abundante en varios tejidos conectivos. Se ha observado que en las “zonas hole” de la estructura de la colágena se pudiera llevar a cabo la formación de pequeños núcleos cristalinos. La colágena dirige el crecimiento y tamaño del mineral depositado en zonas específicas de la estructura proteica, siendo las “zonas hole” las regiones que cumplen una función importante durante la formación y crecimiento del mineral (figura 2-4). Figura 2-4. Función de la colágena en el crecimiento de los cristales de hidroxiapatita. Además de la estructura proteica que permite el depósito de núcleos de mineral, se ha determinado el papel de ciertos residuos de la secuencia proteica con capacidad de unir iones calcio y fosfato debido a su carga.17,18,19,20 Proteína de la matriz dentinaria 1 (DMP1) Esta proteína fue la primera en ser descrita en la matriz de la dentina y forma parte de un grupo de proteínas no-colagénicas denominadas SIBLING (por sus siglas en inglés, small integrin-binding ligand, n-linked glicoprotein). Las proteínas SIBLING presentan un dominio arginina, glicina y aspartato (RGD), el cual es un ligando de unión a integrina que puede regular la adhesión celular. La DMP1 tiene una función importante en la diferenciación de osteoblastos y biomineralización, mediante la activación de vías de señalización, como la activación del mitógeno activado por proteína con función cinasa MAPK (por sus siglas en inglés, mitogen-activated protein kinases). La DMP1 es altamente fosforilada y tiene una fuerte afinidad al calcio, además tiene la capacidad de unirse a la colágena I y se autoensambla en una estructura β-laminar, facilitando la nucleación de cristales de hidroxiapatita. Durante su procesamiento da lugar a dos fragmentos. Un fragmento aminoterminal glicosilado que se localiza en la predentina, que es un regulador negativo de la nucleación de hidroxiapatita, así como un fragmento carboxilo-terminal que se ha localizado en áreas de mineralización y que se ha observado que se acumula en el núcleo de células mesenquimales. Estas características hacen que la DMP1 juegue diferentes papeles biológicos. En las últimas investigaciones se han encontrado péptidos derivados de esta proteína que pudieran tener una aplicación para restaurar dentina perdida por caries.14,15,20 Sialoproteína dentinaria (DSP) y fosfoproteína dentinaria (DPP) Ambas proteínas derivan de la sialofosfoproteína dentinaria (DSPP), la cual forma parte de las proteínas SIBLING. La DSPP al principio fue considerada específica de la dentina, pero más tarde, se demostró que se encuentra en hueso, cemento y en ciertos tejidos no mineralizados. A partir de proteólisis de esta proteína se generan dos fragmentos: la sialoproteína dentinaria (DSP) y la fosfoproteína dentinaria (DPP). La DSP es la segunda proteína más abundante de la dentina y es considerada como un marcador fenotípico de la dentina. Es una de las proteínas más susceptibles a la proteólisis. Está involucrada en la formación y mantenimiento de las estructuras del diente y del periodonto, además de que regula negativamente el proceso de biomineralización. Recientes estudios han mostrado que esta proteína regula la expresión de la DMP1 durante la detinogénesis y que su presencia es crítica para la mineralización de la dentina. Por su parte la DPP, se caracteriza por contener grandes es cantidades de ácido aspártico (Asp) y serina (Ser), los cuales le brindan la propiedad de ser una molécula polianiónica. Debido a la presencia de serinas, se pueden obtener tres variantes de este fragmento: una altamente fosforilada, una moderadamente y otra poco fosforilada, dichas fosforilaciones participan en la nucleación y modulación de la formación de cristales.14,15,16. PROCESO DE DESMINERALIZACIÓN DEL ESMALTE Y LA DENTINA La desmineralización de los tejidos calcificados es un proceso fisiológico esencial para la remodelación normal del hueso o la erupción dental. Sin embargo, existen procesos como la osteoporosis o la caries dental, que son causados por la desmineralización debida a ciertos procesos patológicos. El proceso de desmineralización fisiológico en el esmalte, normalmente va acompañado de la remineralización de su superficie, ya que cuando se altera la estructura cristalina de la hidroxiapatita por la pérdida de iones, se torna una estructura susceptible a ser remineralizada, siempre y cuando la supersaturación de iones, el pH y la temperatura sean idóneos para el crecimiento del mineral. La desmineralización de los tejidos calcificados del diente (esmalte y dentina), se caracteriza por la disolución del biomineral y la subsecuente degradación de la matriz orgánica. La saliva que es rica en iones calcio y fosfato, puede actuar como un sistema de amortiguación natural para limitar el proceso de disolución.21,22,23 Asociado a la presencia de ácidos de origen bacteriano La pérdida en el balance del ecosistema oral permite el desarrollo de patologías como la caries dental. El proceso de desmineralización y remineralización es un ciclo que puede modificarse por la dieta. Al consumir alimentos ricos en carbohidratos, éstos son metabolizados por las bacterias presentes en la biopelícula dental, lo que origina cambios en el pH que producen la pérdida de iones de la estructura de los cristales minerales. Si la producción de ácidos es continua, aumentará la disolución de los cristales y ocasionará la degradación de la matriz de proteínas estructurales.21,22,23,24,25 (Véase el capítulo Metabolismo de la biopelícula dental y bioquímica de la caries dental). Asociado a ácidos de origen no bacteriano (erosión) La erosión dental es la disolución de los tejidos mineralizados del diente debido a un proceso químico sin la participación de bacterias, debido a la disminución del pH en la cavidad oral. El pH crítico se refiere al valor de pH más alto en el cual hay un intercambio iónico equilibrado entre la estructura mineral y la solución saturada (en este caso, la saliva). El pH crítico de la caries dental oscila entre 5.5 a 5.7, pero no se ha establecido uno para la erosión dental. El pH salival puede verse alterado por la dieta, así como factores intrínsecos como el flujo salival y la capacidad de amortiguación de los componentes de la saliva. El consumo de alimentos y bebidas ácidos son el principal factor extrínseco responsables de la erosión. Los jugos frutales, en especial los de origen cítrico, son capaces de mantener un pH bajo en el ambiente oral por largos periodos. A este respecto se sabe que el ácido cítrico es un agente quelante de iones de calcio. Además se ha observado que el consumo de alcohol, ciertos suplementos como la vitamina C (ácido ascórbico), fármacos efervescentes para desórdenes estomacales y el ácido acetilsalicílico disminuyen el pH salival con lo que aumentan el riesgo de erosión dental. Cuando la superficie más externa del esmalte es afectada por la acción de estos ácidos, la hidroxiapatita es disuelta y se liberan iones calcio y fosfato desde su estructura cristalina, lo cual produce el ablandamiento estructural. Si los ácidos continúan actuando sobre el esmalte, se pierde una mayor cantidad de iones, dando como resultado la pérdida de la superficie, aumentado la susceptibilidad a la abrasión, generando la perdida irreversible de la superficie dental. Se han identificado tres fases en el ataque de los ácidos basados en su pH. Los ácidos con pH por debajo de 1 pueden causar un grabado superficial al esmalte durante un periodo corto. Si la exposición es con ácidos con un pH entre 2 y 4, la superficie del esmalte presenta reblandecimiento a escala nanométrica. La tercer fase y más común, es la exposición con ácidos pH entre 4.5 y 6.9, que da lugar a la disolución de la superficie. Aunque el pH es un factor importante, no es el único determinante para la disolución del componente mineral, la temperatura tiene un impacto significante en la cinética de la disolución. El mecanismo de compensación natural contra la erosión, comprende la participación de los sistemas de amortiguación, así como la adsorción de proteínas, péptidos y lípidos presentes en la saliva que protegen de la erosión. También se ha observado que la adición de sales de calcio y fosfato en bebidas con bajo pH reducen el potencial de erosión. Algunos medicamentos como antiácidos y que son prescritos para el tratamiento de reflujo o vómito crónico, también ayudan a incrementar el pH oral (cuadro 2-2).21,26,27,28 Cuadro 2-2. Rango de pH de algunos líquidos que influyen en el pH de la cavidad oral Líquido Rango de pH Agua mineral 4.5 a 9.5 Refresco de cola 2.5 a 3.2 Jugo de limón 2 a 2.3 Jugo de naranja 2.7 a 4.4 Bebidas deportivas 2.8 a 4.9 Vino 2.8 a 4 Cerveza 3.9 a 4.8 Café 4.9 a 6 Leche 6.4 a 6.8 Ácido acetilsalicílico 2a7 Vitamina C 2a4 Jugo gástrico 1a2 PROCESO DE REMINERALIZACIÓN DEL ESMALTE DENTAL La remineralización del esmalte es un proceso mediante el cual se incorporan iones calcio, fosfato y de otro tipo a la superficie del esmalte parcialmente desmineralizado. Los iones pueden proceder de la misma disolución del tejido mineralizado o de la presencia de iones en saliva proveniente de la dieta o de otras fuentes. La remineralización ocurre bajo un pH neutro, donde la concentración de iones debe estar en condiciones de supersaturación para permitir su incorporación en la superficie externa de la lesión. El mineral que se deposita inicialmente en la zona remineralizada es soluble. Uno de los iones presentes en los fluidos bucales es el flúor, el cual, tiene una función importante sobre la morfología de cristales de fosfato de calcio en la remineralización del esmalte. Se ha demostrado que las concentraciones de flúor y el grado de supersaturación es fundamental para ser incorporado a la estructura cristalina, ofreciendo mayor resistencia a la solubilidad, además que posee actividad antimicrobiana. El posible mecanismo de acción del flúor ha mostrado que induce la formación de fluorapatita, a través de una reacción directa con la hidroxiapatita o promoviendo la transformación de otras fases de fosfato de calcio como fosfato octacálcico y fosfato dicálcico dihidratado. Desafortunadamente, las concentraciones de flúor en cavidad bucal no permiten la reducción de la solubilidad, por lo que tiene que ser incorporado de manera exógena, ya sea mediante dieta, pastas dentales, enjuagues, entre otros agentes fluorados. El calcio y fosfato son componentes necesarios para el mantenimiento de la homeostasis del esmalte, las concentraciones de ambos iones tanto en saliva, como en la placa dental tienen una función importante en los procesos de desmineralización y remineralización. Se ha demostrado que la concentración de supersaturación de calcio es mucho más potente que el fosfato para evitar la disolución del esmalte. Las investigaciones clínicas se han enfocado en la síntesis y uso de componentes minerales, como el fosfato de calcio amorfo, para prevenir caries y promover la remineralización, manteniendo un estado de supersaturación con relación al esmalte dental. En la actualidad , a los productos fluorados se les ha añadido sales de calcio para aumentar los beneficios de ambos iones en la cavidad bucal. A pesar de las contribuciones del flúor en reducir la caries, existen otros factores que inciden en el proceso de remineralización, como la dieta, hábitos de higiene, flujo salival, enfermedades sistémicas y uso de fármacos, entre otros (figura 25).13,21,29,30,31,32,23,27 Figura 2-5. Proceso de desmineralización: pérdida de iones causada por la presencia de ácidos. La saliva determina el proceso de remineralización. ESTRUCTURA ORGÁNICA DE LOS TEJIDOS PERIODONTALES El periodonto es una unidad compleja presente en la cavidad oral, cuyo principal objetivo es brindar la unión del diente al hueso alveolar y distribuir las fuerzas masticatorias, además constituye un reservorio de células necesarias para la homeostasis del ecosistema oral. Está compuesto por la encía, hueso alveolar, cemento radicular y ligamento periodontal (figura 2-6). Figura 2-6. Esquema del periodonto. La formación del periodonto inicia con el proceso de la formación de la raíz, donde el mesénquima apical prolifera, mientras que el epitelio dental interno y el externo se fusionan para dar lugar a la vaina epitelial de Hertwig. Las células de la vaina epitelial de Hertwig migran apicalmente hacia el ectomesénquima subyacente, dividiendo la papila del folículo dental hasta la región del futuro ligamento periodontal, donde se re-asocian para formar los restos epiteliales de Malassez. Sin embargo, no todas las células migran hacia el sitio del ligamento periodontal; ya que algunas sufren apoptosis. Se ha propuesto que las células de la vaina epitelial de Hertwig inducen la diferenciación de odontoblastos para formar la dentina radicular y para diferenciar células del saco dental hacia cementoblastos. También se ha propuesto que las células de la vaina epitelial de Hertwig, secretan proteínas quimiotácticas dentro de la membrana basal para dirigir la migración de precementoblastos; aunque todavía no es claro su papel en el desarrollo del periodonto.32,33 Por otro lado, las células de los restos de Malassez están relacionadas con el desarrollo de la inervación del ligamento periodontal, así como en la regulación de la resorción radicular y la inducción en la formación de cemento acelular. El desarrollo del periodonto está regulado por un gran número de genes, que incluyen factores de crecimiento, sus receptores y componentes de la matriz extracelular.34 Proteínas del hueso alveolar El proceso alveolar es la porción del maxilar y la mandíbula que da forma y sostiene a los alveolos dentarios. Está conformado por una pared externa de hueso cortical formado por laminillas óseas compactas. La pared interna del alveolo está constituida por hueso compacto delgado llamado hueso alveolar y dos láminas óseas separadas por hueso esponjoso. El tamaño, forma y localización del diente determina la morfología del hueso alveolar. El hueso alveolar tiene un grosor de 0.1 a 0.4 mm y consiste de un sistema Harversiano laminar y de canales de Volkman, por donde pasan vasos sanguíneos, linfáticos y las fibras nerviosas. Sufre un proceso de remodelación constante que permite la resistencia a fuerzas, cambios de forma, reparación de heridas y homeostasis de calcio y fósforo. El hueso alveolar está compuesto por matriz orgánica, formada por colágenas tipo I y III, además contiene proteínas no colágenas como la sialoproteína ósea (BSP), osteocalcina (OCN), osteopontina (OSP), proteínas morfogenéticas de hueso (BMPs) y factores de crecimiento. Los osteoblastos son las células que producen la matriz orgánica del hueso y se diferencian de células foliculares pluripotentes. El otro componente estructural del hueso es una matriz inorgánica formada por minerales, principalmente calcio y fósforo en forma de cristales de hidroxiapatita32,33. Sialoproteína ósea (BSP) La sialoproteína ósea o BSP es miembro del grupo de proteínas denominado SIBLIING, el cual ya fue mencionado anteriormente. Es una glicoproteína fosforilada de alrededor de 327 aminoácidos, con altos niveles de ácido glutámico. Esta proteína se expresa sólo en tejidos mineralizados como el hueso, cemento, durante estadios tempranos del desarrollo de la raíz y en el diente maduro, así como también en el cartílago hipertrófico y en calcificaciones patológicas. Posee la secuencia RGD que se encuentra relacionada con funciones de adhesión celular y participa en el inicio de la mineralización. Es una proteína quimioatrayente de precementoblastos, que promueve su adhesión y diferenciación. Se ha demostrado que tiene una alta afinidad a la colágena tipo I con sitios de interacción específicos, gracias a interacciones electrostáticas. También posee dominios ricos en ácido glutámico que le proveen la capacidad de ser un potente nucleador de cristales de hidroxiapatita, por lo que se le atribuye un papel importante durante las primeras etapas de mineralización. Se han realizado varios estudios para identificar secuencias o dominios de esta proteína, que participen activamente en cada una de sus funciones, con el objetivo de producir péptidos con la capacidad de mimetizar dichas funciones.35,36,37 Osteocalcina (OCN) Es la proteína no-colagénica más abundante en la matriz ósea. Está constituida por sólo 49 aminoácidos, es sintetizada por osteoblastos, odontoblastos y condrocitos hipertróficos, tiene una función importante tanto en la mineralización como en la resorción ósea. También es conocida como la proteína de hueso gla (BGP), y está inducida por el calcitrol de la vitamina D. La osteocalcina puede sufrir modificaciones postraduccionales (carboxilaciones en el residuo glutamato), lo cual le proporciona una carga negativa que le brinda una alta afinidad a la matriz mineralizada del hueso, promoviendo la maduración de la hidroxiapatita. Además de este posible papel en el proceso de mineralización se ha observado que la osteocalcina modula el metabolismo de la glucosa induciendo la producción y secreción de insulina en el páncreas, por lo cual se le ha considerado como una hormona. Se ha observado que los niveles de osteocalcina en plasma sanguíneo se incrementan cuando hay formación de calcificaciones ectópicas o existe un aumento patológico en el recambio óseo.38,39,40,41 Proteínas morfogenéticas de hueso (BMPs) El hueso posee una superfamilia de proteínas derivadas del factor transformante β denominadas proteínas morfogenéticas óseas (BMPs). Dichas proteínas desempeñan una función relevante en el desarrollo embrionario, incluyendo el desarrollo craneofacial y organogénesis; dos de las proteínas de este grupo biológicamente más activas son la BMP-2 y la BMP-7. Estas proteínas han demostrado inducir la condrogénesis y osteogénesis, y aunque son consideradas como potentes agentes terapéuticos se ha restringido su empleo clínico, ya que sus fuentes de obtención natural son osteosarcomas, matriz desmineralizada, hueso bovino o producción mediante DNA recombinante. El mecanismo mediante el cual, las BMPs inducen sus funciones no es clara, pero se ha observado que podrían activar una vía de señalización primordial en la homeostasis del hueso denominada Wnt/β-catenina. Se ha observado en un modelo animal murino, que la BMP-2 promueve la diferenciación osteogénica induciendo la diferenciación de células del folículo celular hacia osteoblastos/cementoblastos. También se ha demostrado que regula la expresión de Osx (Osterix), el cual es un factor de transcripción relacionado con la diferenciación y mantenimiento del linaje osteoblástico. La BMP-2 se ha empleado en el tratamiento de defectos de huesos largos, ya que también participa en la maduración de condroblastos. Esta proteína ha sido aprobada y empleada en el tratamiento de fracturas de tibia y fusión anterior de la espina.40,41,42,43,44,45,46 La proteína osteogénica 1 o mejor conocida como BMP-7, regula el desarrollo embrionario que induce la diferenciación de células mesenquimales en células condrogénicas y osteoprogenitoras. La BMP-7 se ha localizado durante la morfogénesis de la raíz de dientes, en el hueso alveolar, cemento y ligamento periodontal. Induce la formación de dentina y hueso en sistemas in vivo, lo que ha permitido su aplicación en aumentar la oseointegración de implantes y regeneración periodontal. La BMP-7 estimula la diferenciación de células osteoprogenitoras en osteoblastos capaces de sintetizar, secretar y depositar mineral; también tiene la capacidad de estimular la cementogénesis. Además se ha demostrado que participa en la regulación de la molécula de adhesión de las células neurales que permite el desarrollo del sistema nervioso central. Tanto la BMP-2 como la BMP-7 se han localizado en ameloblastos y odontoblastos durante el desarrollo del diente, y se piensa que son moléculas claves para el inicio de la formación de la corona y tamaño de las cúspides. Ambas proteínas morfogénicas se han empleado en terapias para regenerar el hueso.43,47. Proteínas del cemento radicular El cemento radicular fue descrito por primera vez en 1835 como un tejido conectivo mineralizado avascular y sin inervación que recubre la superficie radicular. No sufre procesos de remodelación pero sí de aposición, lo cual se mantiene durante toda la vida. Desde la perspectiva histológica se clasifica como celular o acelular dependiendo de la presencia o ausencia de cementocitos en su estructura. Otra clasificación incluye cemento con fibras intrínsecas o extrínsecas, dependiendo de la presencia de fibras colágenas.49,50 El cemento radicular es formado por los cementoblastos, pero aún existe controversia acerca del origen de los cementoblastos. Estudios bioquímicos muestran que el cemento es muy similar en composición al hueso. No obstante, el cemento radicular no es uniforme y además difiere en composición química. Cerca del 50% es matriz inorgánica constituida por fosfatos de calcio que se organizan en forma de cristales de hidroxiapatita y el resto corresponde a la matriz orgánica consistente, sobre todo de colágenas tipo I (95%) y tipo III (5%), las cuales en su conjunto desempeñan un papel estructural; así como glicoproteínas, proteoglicanos y proteínas no colagénicas como la amelogenina, ameloblastina, enamelina, fosfatasa alcalina (ALP), sialoproteína ósea (BSP), proteína de la matriz dentinaria-1 (DMP-1), osteopontina, fibronectina, osteocalcina, el factor de crecimiento derivado del cemento (CGF). En los últimos años se han descrito dos proteínas aisladas de la matriz del cemento radicular (propuestas como tejido específicas), la proteína del cemento 1 (CEMP1) y la proteína de adhesión del cemento radicular (CAP).50,51,52,53,54 Factor de crecimiento derivado del cemento (CGF) Es una proteína que se encuentra en la matriz mineral del cemento radicular, se sabe que regula la concentración de calcio y la hidrólisis de fosfatos inorgánicos citosólicos. También induce algunas vías de señalización asociadas con mitogénesis, activa la cascada de señalización de PKC y la expresión de proto-oncogénes.55 Proteína del cemento 1 (CEMP1) La proteína del cemento 1 o CEMP 1 se ha localizado y expresado en poblaciones celulares del ligamento periodontal, cementoblastos y células de espacios endosteales, por lo que podría ser considerado como un marcador de cementoblastos y regulador de actividades biológicas de células del ligamento periodontal. Estudios in vitro, han demostrado que es un regulador clave en el proceso de biomineralización, ya que promueve la adhesión y diferenciación celular, así como regula el depósito, composición y morfología de cristales de fosfato octacálcico (precursor de hidroxiapatita). Además, regula la expresión de proteínas que participan en la formación y maduración de tejido mineral como la fosfatasa alcalina (ALP), osteopontina (OPN) y sialoproteína ósea (BSP) en cementoblastos, mediante la activación de vías de señalización caracterizadas como lo es la de p-38 y JNK-MAPK; así como también participa activamente en la mineralización de la matriz extracelular de los cementoblastos.56,57,58,59 Proteína de adhesión del cemento (HACD1/CAP o CAP) Fue la primera proteína aislada del cemento radicular, caracterizada y purificada a partir de extractos de cemento maduro de bovino y humano. Se ha determinado que participa en el reclutamiento y la diferenciación celular durante la formación del cemento radicular. Se expresa en células del folículo dental, promoviendo su adhesión y diferenciación. Además, las células periodontales crecidas in vitro en presencia de CAP, son capaces de formar un tejido mineralizado. Su papel biológico ha involucrado un papel quimiotáctico de células del ligamento periodontal y del hueso alveolar hacia la superficie radicular. Incrementa la actividad de la enzima fosfatasa alcalina (ALP), así como la expresión de proteínas asociadas al proceso de biomineralización.53,56 Proteínas del ligamento periodontal El ligamento periodontal es un tejido conectivo especializado esencial para la homeostasis del periodonto. Tiene diversas funciones como dar soporte al órgano dentario manteniéndolo en su alveolo y soportar las fuerzas de masticación por medio de fibras dispuestas en forma de haces que se insertan en el cemento radicular (fibras de Sharpey) y en el hueso alveolar. Además, es fuente de nutrientes, cumple con una función sensorial y cuenta con la capacidad de autorenovación. Está compuesto de células heterogéneas, tales como fibroblastos, osteoblastos, osteoclastos, cementoblastos, células endoteliales, células sensoriales y células progenitoras. El ligamento periodontal es más estrecho a nivel medio de la raíz, lo que le da una conformación de reloj de arena; tiene un grosor de 0.15 a 0.4 mm, el cual disminuye conforme avanza la edad de las personas. Es un tejido fibroso producido por fibroblastos, que aparecen como células elongadas orientadas a lo largo de las fibras. El principal componente del ligamento periodontal son fibras de colágena tipo I (75%), III (20%) y V (5%), aunque diversas investigaciones han demostrado la presencia de colágena no fibrilar como el caso de la colágena tipo II, IV, VI, XI, XII. Los diversos tipos de colágena, junto con el agua, el ácido hialurónico y proteoglicanos presentes en el ligamento periodontal, le confieren forma, fuerza y resistencia contra fuerzas de compresión. El diámetro de las fibras de colágena presentes en el ligamento periodontal es mucho más pequeño que el de las fibras encontradas en otros tejidos conectivos. Esto se debe a que en el ligamento periodontal existen proteínas altamente glicosiladas y componentes no colagénicos que regulan el recambio fibrilar. Entre las moléculas no colagénicas existen pequeños proteoglicanos ricos en leucina (decorin, asporin) que se unen en sitios específicos de la molécula de colágena, proteínas de matriz como periostin, glicoproteínas y proteoglicanos, todos producidos por fibroblastos del ligamento periodontal. Dentro del ligamento periodontal se han localizado células troncales con cierto potencial para diferenciarse hacia osteoblastos, cementoblastos y fibroblastos; que se piensa participan en el mantenimiento, reparación y regeneración del tejido. Con estos hallazgos se ha hipotetizado que tanto los osteoblastos, cementoblastos y fibroblastos provienen de un ancestro común.32,33,61 Células troncales en el ligamento periodontal Hay evidencia que el ligamento periodontal contiene poblaciones celulares capaces de diferenciarse en cementoblastos y osteoblastos. La presencia de múltiples tipos celulares en el ligamento periodontal sugiere que este tejido es un nicho de células troncales que mantienen la homeostasis del tejido periodontal. Seo en 2004, aisló una población de células troncales a partir del ligamento periodontal positivas a marcadores como STRO-1, escleraxis (factor de transcripción específico de tendón) y varios CD’s (Clusters of differentiation); así como también marcadores de fenotipos cementoblástico/osteoblástico.6 Las células troncales del ligamento periodontal humano forman un tejido denso de colágena tipo I, simulando al ligamento periodontal. Se ha observado en defectos periodontales de ratones inmunocomprometidos, las fibras de colágena generadas in vivo son capaces de conectarse con una estructura similar al cemento que mimetiza la unión fisiológica de las fibras de Sharpey. La alta taza proliferativa, que muestran las células troncales del ligamento periodontal, permite que sean la mejor opción para la aplicación clínica en el tratamiento de regeneración tisular.62 MECANISMOS DE HOMEOSTASIS DEL PERIODONTO El periodonto se encuentra dentro de un microambiente dinámico de continua remodelación, ya que está expuesto a estrés mecánico y condiciones inflamatorias debido a ciertas enfermedades. En estado de salud, la degradación de la matriz extracelular y la resorción ósea se encuentran en perfecto balance con la neoformación de matriz y el depósito de nuevo hueso, manteniendo así la homeostasis del ecosistema oral. Las células clave responsables de la homeostasis del tejido periodontal son las células progenitoras periodontales capaces de dar lugar a fibroblastos, osteoblastos y cementoblastos. Este equilibrio fisiológico es un mecanismo altamente regulado por diversos mecanismos moleculares. Sin embargo, se han identificado moléculas como la paratohormona, la calcitonina y la vitamina D, así como vías de señalización (vía de Wnt, MAPK, entre otras) que participan activamente y de manera coordinada en mantener el equilibrio del periodonto (figura 2-7). Recientes estudios han demostrado que secuencias de 21 a 23 nucleótidos de RNA no codificante (llamados MicroRNAs) desempeñan una función importante como reguladores de diversos procesos biológicos involucrados en mantener la integridad de eventos fisiológicos, incluyendo diferenciación de células progenitoras periodontales, modulación de la actividad de osteoblastos y osteoclastos, y como respuesta a estrés mecánico.63,64 Figura 2-7. Regulación hormonal del metabolismo óseo. GPT, glándula paratiroidea; HPT, hormona paratiroidea; Vit. D, vitamina D; GT, glándula tiroidea. Regulación hormonal: paratohormona, calcitonina y vitamina D La paratohormona (PTH) es una hormona paratiroidea que juega un papel importante en la homeostasis del calcio y fósforo en el suero. Actúa como molécula moduladora de la actividad osteoblástica y osteoclástica; además, regula la formación de la vitamina D en su forma activa. Se utiliza en el tratamiento clínico de la osteoporosis, ya que reduce la pérdida ósea y se ha observado incremento de PTH en suero de pacientes con diabetes tipo I. Múltiples investigaciones han demostrado que las células del ligamento periodontal presentan características fenotípicas típicas de osteoblastos y responden al estímulo hormonal de manera muy similar a los osteoblastos. Las células del ligamento periodontal expresan receptores para la PTH, lo cual promueve su proliferación, supervivencia y diferenciación; mediante la expresión de osteoprotegerina y RANKL, las cuales participan en la regulación del hueso alveolar perdido asociado a la inflamación de la enfermedad periodontal65,66 La calcitonina es una hormona de origen peptídico y está compuesta de 32 aminoácidos. Es secretada por células parafoliculares de la tiroides. Regula la homeostasis del calcio y ha demostrado ser un importante regulador del metabolismo óseo. Clínicamente se ha empleado en el tratamiento de osteoporosis postmenopáusica. Estudios recientes han demostrado que participa en la síntesis de matriz extracelular, inhibiendo metaloproteinasas y activando la expresión de colágena. Además, promueve la diferenciación de osteoblastos mediante la expresión de BMP-2/4 e inhibe la formación de actina de los osteoclastos.67,68 La vitamina D es una hormona esteroidea producida en la piel en respuesta a la exposición de radiación ultravioleta del sol. También puede obtenerse a partir de la dieta. Las dos formas de la vitamina D (ergocalciferol o D2 y colecalciferol o D3) son metabolizadas en el hígado para dar como resultado a la forma activa de la vitamina (1,25-dihidroxivitamina D3). Esta forma activa de la vitamina D participa en la regulación de la homeostasis del calcio y metabolismo del hueso, estimulando la reabsorción de calcio y promoviendo la diferenciación de osteoblastos y la calcificación de la matriz ósea. Además, posee propiedades antiinflamatorias e incrementa la secreción de péptidos con efecto antimicrobiano. La deficiencia de la vitamina D da lugar a riesgos de pérdida de densidad ósea, así como en la respuesta inmune, enfermedades inflamatorias crónicas y cáncer. La presencia en suero de la forma activa de la vitamina se ha asociado con alta prevalencia de periodontitis.69,70 Referencias 1. Kawasaki K, Buchanan AV, Weiss KM: Biomineralization in humans: making the hard choices in life. Annu Rev Genet 2009;43:119-142. 2. Nickel EH, Grice JD: The IMA commission on new minerals and mineral names: Procedures and guidelines on mineral nomenclature, 1998. Canadian Mineralogist 1998;36: 913-926. 3. Skinner HCW: Biominerals. Mineralogical Magazine 2005;69:621-641. 4. Veis A, Dorvee JR: Biomineralization mechanisms: a new paradigm for crystal nucleation in organic matrices. Calcif Tissue Int 2013;93:307-315. 5. 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Aunque más del 95% de su composición es agua, también tiene elementos orgánicos e inorgánicos como proteínas, péptidos, lípidos y minerales, que le otorgan la capacidad de mantener la homeostasis del ecosistema oral al cumplir funciones de agente lubricante, amortiguador, participar en la colonización bacteriana mediante la formación de biopelículas y aportar propiedades antimicrobianas contra los microorganismos presentes en la cavidad oral (bacterias, virus y hongos).1 Generalidades de anatomía y fisiología de la secreción salival La saliva es producto de la secreción de las glándulas salivales mayores y menores, las cuales se extienden por todas las regiones de la boca; excepto en la encía y la porción anterior del paladar duro (figura 3-1). Figura 3-1. Distribución anatómica de los tres pares de glándulas salivales mayores y sus conductos secretores. El 93% de la saliva proviene de los tres pares de glándulas salivales principales o mayores. La contribución de las diferentes glándulas salivales en el flujo salival no estimulado es el siguiente: 20% proviene de la glándula parótida, 65% de la glándula submandibular, y el 7 a 8% proviene de la glándula sublingual.1 El porcentaje restante proviene de numerosas glándulas salivales menores distribuidas a través de la mucosa oral (mucosa labial, bucal, lingual y palatina).2,3 Por otro lado, dentro del flujo salival estimulado, el porcentaje de contribución de cada una de las glándulas cambia de manera drástica, siendo la glándula parótida la que contribuye con más del 50% de la secreción salival total.4 La saliva se produce en las unidades secretoras, la cuales están conformadas por células acinares de tipo serosas o mucosas (figura 3-2). Las glándulas parótidas contienen principalmente células acinares de tipo serosas, producen una saliva acuosa, rica en amilasa, que se transporta hacia la cavidad oral a través de un conducto excretor localizado cerca de los molares superiores. Por su parte, las glándulas submandibulares constan tanto de células acinares tipo serosas, como de tipo mucosas que producen saliva de alta viscosidad. A su vez, las glándulas sublinguales cuentan con un mayor número de células acinares mucosas y generan un producto salival viscoso rico en mucinas. Los conductos de las glándulas submandibulares y numerosos conductos de las glándulas sublinguales se abren paso a la mucosa bucal sublingual. Por último, las glándulas salivales menores aportan el 5% de saliva, la gran mayoría son de tipo mixto; exceptuando a las palatinas que son estrictamente mucosas y las de Von Ebner que son serosas (figura 3-3).5,6 Figura 3-2. Unidades secretoras serosas, mucosas y mixtas. Figura 3-3. Porcentaje de producción salival por cada tipo de glándula. La secreción salival es controlada por los sistemas nerviosos autónomos (simpático y parasimpático). El sistema parasimpático es el principal responsable de la secreción de agua y electrólitos, mientras que el simpático lo es de la secreción de proteínas y la exocitosis de las células acinares.5,7 La estimulación simpática de los receptores β-adrenérgicos activa mecanismos de exocitosis,8 lo que lleva a la liberación de los gránulos de las células acinares para conformar a la saliva.3 La saliva secretada en el lumen (saliva primaria) es un fluido isotónico similar al plasma. Después, la composición de la saliva primaria se modifica en el sistema del conductos intralobulares que reabsorben sodio y cloro, y hacen un biofluido hipotónico,6 teniendo como compuestos inorgánicos iones de sodio, cloro, bicarbonato y potasio (Na+, Cl-, HCO3- y K+), y en menor proporción calcio, magnesio (Ca2+, Mg2+ ) y fosfatos.3,9 Flujo salival La saliva es un fluido prístino (estéril) cuando emerge de las glándulas salivales, pero deja de serlo inmediatamente al mezclarse con el fluido crevicular, restos de alimentos, microorganismos, células descamadas de la mucosa oral, entre otros, para conformar la saliva total.10 En los seres humanos sanos, la producción normal de saliva oscila entre 0.5 y 1.5 litros diarios. La producción de saliva puede ser estimulada y no estimulada. La saliva no estimulada se produce en ausencia de estímulos exógenos o endógenos. En contraparte, la saliva estimulada responde a estímulos como la masticación, percepción de olores, estímulos visuales, etc. La glándula parótida, contribuye en mayor medida a la producción de ésta última.9 El recambio salival tiene una función importante en el mantenimiento de la homeostasis en la cavidad oral. A pesar de que no se ha establecido una clara relación entre el valor cuantitativo de flujo salival y la presencia de enfermedades orales, es cierto que entre mayor sea el flujo salival, más óptimos serán los fenómenos de autoclisis, capacidad amortiguadora, remineralización, entre otros. Inversamente, al disminuir el flujo, ya sea por hiposalivación o xerostomía, se incrementará la susceptibilidad a padecer caries, inflamación de las mucosas e infecciones oportunistas, como candidiasis.11,12 COMPOSICIÓN DE LA SALIVA Proteínas y péptidos salivales En la saliva están presentes más de tres mil cuatrocientas proteínas y péptidos que forman parte normal de su contenido,13 aunque de la mayoría de este tipo de moléculas, aún no es elucidada completamente tanto su estructura como su función. Dentro de las proteínas más abundantes se encuentran la amilasa salival, proteínas ricas en prolina, cistatina, mucina, sIgA (Inmunogloblulina A secretoria), estaterina, anhidrasa carbónica, histatina y lisozima (figura 3-4).14 Figura 3-4. Porcentaje de proteínas y péptidos más abundantes en la saliva total. Muchas de las proteínas y péptidos salivales tienen diferentes funciones en relación al microbioma oral con el que interactúan. Dichas funciones pueden variar e incluso ser opuestas, ya que por un lado pueden ser fuente de nutrientes para los microorganismos orales, así como un medio por el cual obtenerlos, y por otro, algunos componentes pueden tener actividad antimicrobiana, con efectos a diferentes niveles, como degradación de las paredes celulares, opsonización, y aglutinación, entre otras.12,11 Estas propiedades mantienen un equilibrio entre los “habitantes naturales” de la cavidad oral al proveerles de los medios, nutrientes y mecanismos que les permiten una adecuada supervivencia y que a su vez, limiten o prevengan la invasión de otros microorganismos oportunistas, que podrían afectar de manera negativa la homeostasis de la cavidad oral (dientes, mucosas y superficies) e incluso de otros sistemas y órganos distantes.15 Amilasa salival Esta enzima es la proteína más abundante en la saliva, tiene un peso que va de los 56 a los 61 kDa (dependiendo si se está o no glicosilada), y representa alrededor del 40 a 60% del contenido proteínico total de este biofluido. Bajo diferentes contextos y circunstancias, esta enzima puede inhibir o promover el crecimiento bacteriano.16,17 Su principal función es la digestión inicial de carbohidratos complejos como el almidón, pues tiene actividad glucosidasa que le permite digerir enlaces α-1-4 entre los residuos de glucosa que forman a este polisacárido. Por otro lado, no puede cortar los enlaces α-1-6 que dan lugar a los puntos de ramificación (figura 3-5).16 Figura 3-5. Degradación del almidón por parte de la amilasa salival. Al modificar el almidón a formas más simples, como dextrinas límites y oligosacáridos, maltosa e isomaltosacáridos, permite que tanto el huésped como los microorganismos puedan metabolizarlos para la obtención de energía.16,17 Al ser esta enzima un componente de la película adquirida, las bacterias se pueden adherir a la superficie del esmalte mediante la interacción con dicho dominio (unión mediada por amilasa).17,18 También se sabe, que bacterias como Streptococcus gordonii pueden formar un complejo que incluye a la amilasa, con el objetivo de secuestrar su actividad enzimática y obtener nutrientes de una forma más asequible (figura 3-6).19 Figura 3-6. Formación de complejos unidos por S. gordonii para utilizar la función de la amilasa salival y obtener nutrientes. En contraparte, la amilasa salival también puede limitar el crecimiento de microorganismos (como hongos y bacterias) al formar complejos con otras proteínas salivales y mediar fenómenos de coagregación que conducen a la reducción de la carga bacteriana por deglución.20 Proteínas ricas en prolina (PRPs) Esta familia constituye el segundo componente proteico más abundante de la saliva (20 a 30%). Son una clase de proteínas sin estructura intrínseca, con repeticiones cortas de prolina distribuidas a lo largo de su secuencia de aminoácidos. Se dividen en PRP ácidas y básicas (PRPa y PRPb, respectivamente) y tienen un peso que va de los 10 a los 40 kDa; sin embargo, cuando se encuentran glicosiladas, su peso puede incrementarse hasta 60 kDa. Otra modificación que puede estar presente en estas proteínas es la fosforilación en residuos de serina.11,12,21 Las proteínas PRPa tienen una alta afinidad a la hidroxiapatita debido a su dominio amino terminal (N-terminal) que tiene una longitud de 30 aminoácidos, el cual es rico en aspartato y glutamato, lo que le permite unirse a superficies de diente recientemente limpias. Cuando lo hacen, exponen un sitio críptico en el extremo opuesto carboxilo terminal (C-terminal), de unión bacteriana (figura 3-7), por esto se considera que las PRPa tienen un papel importante en la colonización microbiana de las superficies dentales, así como una influencia inicial en la formación de la biopelícula dental.11,12,21 Figura 3-7. Exposición del sitio críptico de las PRP al unirse a las superficies del esmalte. Otras propiedades que se han identificado en estas proteínas son de lubricación y viscoelasticidad de la saliva, así como participación en el proceso de remineralización al estar o no fosforiladas y al igual que las histatinas también pueden inhibir la precipitación de los taninos.11,12,21 Lisozima salival La lisozima es una proteína pequeña de 145 kDa que está presente en biofluidos como lágrimas, sudor y saliva, formando parte de la película adquirida, en esta última. Se considera un elemento de la inmunidad innata y es producida por las glándulas salivales y neutrófilos orales.21 Su actividad enzimática puede conducir a la destrucción de la pared bacteriana y por lo tanto la eliminación de la bacterias, ya que su función consiste en escindir enlaces glucosídicos (β 1-4) entre el ácido N-acetilmurámico y el N- acetilglucosamina presentes en la pared celular bacteriana (peptidoglucano). Debido a esto, actúa en bacterias Gram positivas, aunque también se sabe que puede degradar las paredes de bacterias Gram negativas al ser auxiliadas en primera instancia por péptidos catónicos antimicrobianos, que le permiten difundirse a través de la membrana externa hasta alcanzar el peptidoglucano.22 En la película adquirida facilita la unión y aglutinación de bacterias, pero inhibe específicamente la de bacterias del género Streptococcus y la actividad de las enzimas glicosiltransferasas.23 Lactoferrina Esta es una glicoproteína de 80 kDa, de unión a hierro, que puede ser modificada para dar lugar a diversos péptidos (péptidos derivados de lactoferrina o LDP, por sus siglas en inglés), con actividades bacteriostáticas, bactericidas, fungicidas, antivirales, antiinflamatorias y que forman parte integral de la película adquirida.11 Es sintetizada por parte de las glándulas salivales, neutrófilos orales y células epiteliales.21 Uno de sus principales mecanismos antimicrobianos es mediante la unión y eliminación de bacterias Gram positivas, gracias a la interacción directa de su región N-terminal, la cual es básica. Esta región se une a moléculas aniónicas de la superficie bacteriana, reduciendo su carga negativa y favoreciendo el contacto entre las lisozimas y el peptidoglucano, lo que conduce a la lisis de la pared celular y la posterior eliminación de la bacteria. Esta actividad bactericida se ha reportado en contra de bacterias como Streptococcus mutans.24 También se ha demostrado que pueden mediar procesos de aglutinación bacteriana y de esta manera, alterar la composición de la biopelícula al inhibir su adhesión.11,25 Otra función que se ha reportado es su capacidad para disminuir especies reactivas de oxígeno libre y procesos inflamatorios, por lo que se ha hipotetizado que también podría tener un papel inhibitorio en procesos de la enfermedad periodontal.26 Histatinas Son pequeños péptidos de longitudes variables que van de los 7 a los 38 aminoácidos y se localizan sólo en la saliva. La característica que comparten este grupo de proteínas es su enriquecimiento en histidinas. Son sintetizadas y secretadas por las glándulas salivales mayores.21,27 Se han identificado alrededor de una docena de histatinas, de las cuales, las 1, 3 y 5 constituyen el 90% del total de este grupo presente en saliva.21 Las histatinas pueden tener funciones antibacterianas y antifúngicas al interferir con el metabolismo de la glucosa en hongos y bacterias. También se sabe que por medio de interacciones electrostáticas desintegran las membranas bacterianas promoviendo la aglutinación y por tanto favoreciendo la eliminación celular, uniéndose a iones de cobre y níquel, importantes cofactores para el crecimiento bacteriano.21 Las histatinas 1 y 3, son péptidos catiónicos con actividad bactericida y fungicida (específicamente contra C. albicans). La histatina 3 es precursora de la histatina 5, la cual también tiene actividad fungicida por si sola o al trabajar en conjunto con otras proteínas y péptidos salivales, como calprotectina y beta-defensinas. Del mismo modo se ha reportado que inhiben la precipitación de taninos y que pueden tener propiedades antivirales.21,27,28 Mucinas Las mucinas o glicoproteínas mucosas son un grupo de proteínas que forman el componente principal del moco dándole sus propiedades viscoelásticas. Estas proteínas contribuyen en la prevención de la invasión por parte de patógenos oportunistas, así como en la promoción de la supervivencia de organismos que viven en simbiosis con el huésped. Se han clasificado en dos grupos: las mucinas de alto peso molecular (MG1) y las mucinas de bajo peso molecular (MG2). En la cavidad oral se han identificado a la MUC5B y MUC4, las cuales pertenecen al grupo MG1; y a la MUC7, MUC19 y MUC1, que pertenecen al grupo MG2.29 Se reconocen dos mecanismos por los cuales las mucinas interactúan con los microorganismos. El primero es mediante la aglutinación de éstos, lo que permite su remoción por deglución, tanto de bacterias, hongos y virus. El segundo mecanismo es mediante glucanos específicos presentes en estas proteínas, que pueden interaccionar de forma selectiva con los microorganismos, lo que permite que los patógenos permanezcan dispersos y de esta manera, la proteína impide que se lleven a cabo procesos clave para la virulencia de los microorganismos. Asimismo se sabe que MUC7 y MUC5B previenen la entrada del VIH en células del huésped.27 Aglutinina salival La aglutinina salival (SAG, por sus siglas en inglés), también denominada glicoproteína pulmonar-340 (gp340) o proteína deletada en tumores malignos de cerebro (DMBT-1), es un receptor scavenger que se pueden unir a un amplio rango de virus y bacterias. Tiene actividad inmunomoduladora al activar la vía de las lectinas del sistema del complemento y forma parte de la película adquirida. Cuando las aglutininas se encuentran en fase líquida pueden favorecer la agregación bacteriana y por lo tanto su eliminación.11,21,30,31 Inmunoglobulina A secretoria (sIgA) La inmunoglobulina A secretoria salival está constituida por dos moléculas de inmunoglobulina tipo A, unidas mediante una unión de tipo J. Es una proteína soluble que forma parte de los mecanismos de defensa o inmunidad adquirida presentes en la cavidad oral. Existen dos subclases presentes: sIgA1 e sIgA2 (esta última, en mayor cantidad en comparación con otros fluidos).11,12 Puede ser secretada por las células plasmáticas que se ubican en la lámina propia de la membrana mucosa, pero la mayoría de las inmunoglobulinas provienen del suero y pasan a la cavidad oral a través del fluido crevicular gingival.11,12 También pueden estar presentes en saliva otras inmunoglobulinas como la IgG e IgM, aunque en menor cantidad que la sIgA. Estos anticuerpos que pueden formar parte de la película adquirida, controlan la unión de microorganismos a sitios adherentes tanto en las mucosas como en las superficies dentales.11,12 Dentro de sus funciones se encuentran la de neutralizar factores de virulencia bacterianos, limitar la adherencia microbiana, realizar aglutinación bacteriana, prevenir la penetración de antígenos en las mucosas orales y opsonización de bacterias para que puedan ser digeridas por fagocitos orales.11,12 Estaterina Es un pequeño péptido de 43 aminoácidos con una región amino terminal (Nterminal) muy negativa (básica), que se encuentra tanto en saliva como en el FCG (fluido crevicular gingival). Esta región N-terminal se considera la responsable de su capacidad inhibitoria de la precipitación espontánea de iones (calcio y fosfato) en saliva, por lo que es un inhibidor efectivo de la formación de cristales. Por su parte, la región opuesta carboxilo terminal (C-terminal) tiene efectos antibacterianos.27 Asimismo, se ha identificado que este péptido forma parte de la película adquirida y que participa en la formación de la biopelícula al facilitar la unión de especies como Actinomyces viscosus, que pertenece a los géneros de bacterias considerados colonizadores tempranos.11 De la misma manera se ha demostrado que induce la transición de hifa a levadura (forma no patógenica) en C. albicans, lo que le da un rol como mecanismo de defensa antifúngico.21 Cistatinas Las cistatinas forman parte de una familia de fosfoproteínas, que contienen cisteínas y que pueden encontrarse en forma fosforilada y no fosforilada. Siete proteínas de este grupo se encuentran presentes en la saliva: cistatina-A, cistatina-B, cistatina-C, cistatina-D, cistatina-S, cistatina-SA y cistatina-SN.21 Su principal función en la cavidad oral es la inhibición de las cistein-proteasas tanto bacterianas como de protozoarios parasíticos.32 Cistatina-S y cistatina-SN se unen a las superficies dentales, bacterias y lipopolisacáridos bacterianos, y que pueden jugar un papel menor en la homeostasis del calcio salival.11 La cistatina-C y cistatina-S pueden inhibir el crecimiento bacteriano de Porphyromonas gingivalis, un reconocido patógeno periodontal.21 Defensinas Son un grupo de péptidos catiónicos, de los cuales se reconocen dos subfamilias: las alfa-defensinas y las beta-defensinas. Las de tipo alfa son sintetizadas por los neutrófilos, mientras que las del tipo beta, por células de la mucosa oral.21 Ambos tipos de familias tienen una amplia actividad antibacteriana. Esto se da gracias a la interacción de su carga positiva con la negativa comúnmente encontrada en las superficies bacterianas, lo que lleva a su agregación e integración en las bicapas lipídicas de las membranas bacterianas, conduciendo a rupturas y formación de poros membranales.21,27,33 A este respecto, se piensa que pueden actuar en conjunto con enzimas como la lisozima, ya que ésta tiene capacidad de digerir las paredes bacterianas, lo que facilitaría el efecto de las defensinas al ejercer su función sobre las membranas.27 También se ha reportado actividad antifúngica y antiviral de estos péptidos, aunque los mecanismos de acción sobre estos microorganismos no han sido totalmente caracterizados.21,27,33 Peroxidasas salivales Tanto la enzima lacteroperoxidasa como la mieloperoxidasa son consideradas peroxidasas salivales. La primera es secretada por las glándulas salivales y la segunda por los neutrófilos orales.34 Cualquiera de las dos, en conjunto con el ión tiocianato (SCN-) -proveniente de la dieta- y el peróxido de hidrógeno (H2O2) -proveniente de las bacterias orales y células del huésped-, conforman al sistema peroxidasa salival humano, el cual puede modular el metabolismo, crecimiento y respiración de la mayoría de las bacterias orales21,34 La reacción neta llevada a cabo por dicha enzima es la siguiente: H2O2 + SCN- → OSCN- + H2O Las bacterias de los géneros Streptococcus, Lactobacillus y Actinomyces son inhibidas por el producto de oxidación -hipotiocianato- (OSCN-) de este sistema pues inhibe a enzimas de glucólisis como hexocinasa y gliceraldehído-3-fosfatodeshidrogenasa.21,34 El sistema peroxidasa salival humano, también inactiva al sistema fosfotransferasa con la consecuente disminución en el transporte de azúcar (ver capítulo 5: Metabolismo bacteriano de la biopelícula dental y bioquímica de la caries dental) y de aminoácidos. También puede causar daños a la membrana de los microorganismos, conduciendo a la fuga de iones de K+ y a la disrupción de gradientes electroquímicos34 Anhidrasas carbónicas Este grupo de enzimas son una familia de isoenzimas que participan en la homeostasis de varios tejidos y fluidos biológicos, incluyendo la saliva.12 Forman parte del sistema amortiguador ácido carbónico-bicarbonato donde catalizan la reacción reversible de hidratación del dióxido de carbono (CO2) para formar ácido carbónico y un protón (hidrogenión) libre. En saliva se ha identificado que la isoenzima VI es la que participa en este sistema y dentro de la película adquirida, donde ha sido relacionada con una función protectora contra la caries dental.12 Sistemas amortiguadores Un sistema amortiguador se define como una sustancia capaz de regular el valor del pH en una solución. En la saliva se han estudiado tres sistemas amortiguadores principalmente: el de ácido carbónico-bicarbonato, el de fosfatos y el de proteínas. Estos tres tienen diferentes capacidades amortiguadoras y cada uno actúa dependiendo del tipo de saliva (estimulada o no estimulada) y del pH presente.12 Sistema ácido carbónico-bicarbonato Este sistema está conformado por el ácido carbónico y su base conjugada, el ión bicarbonato. Se considera que es el principal amortiguador presente en saliva y que trabaja de manera ideal en condiciones de saliva estimulada. Cuenta además con la participación de la enzima anhidrasa carbónica VI, su valor (par ácido-base) de pK se encuentra entre 6.1 y 6.3, lo que significa que en este rango tiene mayor capacidad de neutralizar ácidos.12,35 Sistema fosfatos Está conformado por una base de fosfato HPO4-2 y su ácido conjugado, el ácido fosfórico H2PO4-. Tiene un valor de pK entre 6.8 y 7.0, y trabaja de manera ideal en condiciones de saliva no estimulada. Es considerado un sistema inefectivo, pues depende de la concentración de fosfatos libres presentes en la saliva. Es independiente del flujo salival, por lo que al incrementarse la producción de saliva, actúa en detrimento del sistema al diluirlo.12 Sistema proteínas El sistema buffer de proteínas de la saliva ha sido poco estudiado. Se considera inefectivo, pues depende de la presencia modificaciones presentes en los aminoácidos o sus cadenas laterales expuestas y de las modificaciones que tengan las mismas.11 Se sabe que trabaja principalmente cuando el pH salival se encuentra en un valor de entre 3.4 y 5.35 Iones y otras moléculas presentes en saliva En la saliva están presentes de manera natural, iones de sodio (Na+), cloro (Cl-), calcio (Ca2+), potasio (K+), bicarbonato (HCO3-), magnesio (Mg2+), ácido ortofosfórico (H2PO4-), yodo (I-) y flúor (F-). La saliva se encuentra súper saturada de los iones Ca2+ y fosfato (PO4-), pero no existe una precipitación espontánea de los mismos, por la acción de diferentes proteínas como las PRPa, cistatinas e histatinas, principalmente. También se han reportado otras moléculas presentes en saliva, como los exosomas, (pequeñas vesículas con contenido interno), moléculas de RNA (ácido ribonucleico) de distintos tipos, urea, amoníaco, ácido úrico, glucosa, colesterol, ácidos grasos, triglicéridos, lípidos neutros, glicolípidos, aminoácidos y hormonas esteroideas libres.2 ALTERACIONES EN EL FLUJO SALIVAL La alteración de la función salival puede tener consecuencias importantes dentro del ecosistema oral, ocasionando un aumento en la incidencia de ciertas patologías orales como caries dental, enfermedad periodontal, gingivitis, erosión, ulceración, mucositis, queilitis angular y candidiasis oral, entre otras.37 Esto va a influir en el deterioro de la calidad de vida de las personas afectadas, alterando funciones normales como el habla, el gusto y la ingestión de alimentos.36 a 41 Las disfunciones salivales se pueden dividir en hipersalivación e hiposalivación (cuadro 3-1), esta última se divide en tres distintas alteraciones: xerostomía (alteración subjetiva del flujo salival), hiposalivación (reducción del flujo salival) y alteraciones en la composición salival.37,39 La xerostomía y la hiposalivación son dos entidades separadas. La primera denota la sensación subjetiva, el síntoma de la boca seca, mientras que la hiposalivación denota el signo, una disminución del flujo salival.42 Sin embargo el término “boca seca” se utiliza para describir ambas condiciones.43 Cuadro 3-1. Disfunciones salivales TRASTORNOS DE LA SALIVACIÓN Hiposalivación Trastornos originados Funciones Causas de disfunción salival deterioradas Objetivo Tratamiento inmediato Tratamiento farmacológico Caries Enfermedad periodontal Gingivitis Erosiones bucales Ulceraciones Mucositis Queilitis angular Halitosis Candidiasis Xerostomía Habla Gusto Masticación Deglución Digestión Estado nutricional Deshidratación Disfunción de glándulas salivales Alteración cognitiva Enfermedades que afectan la función de las glándulas salivales (xerostomía, síndrome de Sjögren, sida, lupus eritematoso sistémico, artritis reumatoide y esclerodermia) Trastornos hormonales (diabetes no controlada y disfunción tiroidea) Trastornos neurológicos (Parkinson, parálisis cerebral) Enfermedad psicogénica (depresión) Radioterapia Fármacos (antidepresivos, diuréticos, antihipertensivos, cardioprotectores, anticancerígenos/quimioterapéuticos) Mantener la cavidad oral húmeda Agua Té Solución salina Solución de bicarbonato de sodio Saliva artificial Fármacos estimulantes de la salivación: Pilocarpina Cevimelina Antimicóticos: Enjuagues bucales Ungüento o crema con nistatina Barniz de amorfilina Cavidad oral: pulpitis, amigdalitis, estomatitis Esófago: cuerpo extraño, cáncer, espasmos Estómago: úlcera duodenal, hernia hiatal, náusea Intestino: helmintiasis Hígado: litiasis, hepatitis viral Alteraciones o cambios en los dientes (prótesis dentales, piezas faltantes, etc.) Tabaquismo Enfermedades orofaríngeas (aftas bucales, estomatitis, entre otras) Estrés Padecimientos degenerativos neurológicos (Parkinson, parálisis bulbar) Intoxicaciones por mercurio, plomo o yodo, o uremia Síndromes (Down) Alimentación rica en lácteos , verduras y bebidas frías Erupción dental Ingestión de ciertos alimentos, ácidos o picantes Causas neurológicas (neuralgias faciales, auras epilépticas, enfermedad de Parkinson, parálisis de los pares craneales V, X, XI y XII) Tumores cerebrales Causas endocrinas como hipertiroidismo y seudohiperparatiroidismo Causas psíquicas (ansiedad) Enfermedad de Riley-Day Fármacos (histamina, yoduros y anticolinesterásicos) Reducir la salivación excesiva o minimizar los síntomas Limitar al máximo el consumo de alimentos que promuevan el exceso de salivación Tratamiento dental, nutricional y psicológico Atropínicos Antiespasmódicos Neuropsicotrópicos Anticolinérgicos Metantelina Propantelina Escopolamina Toxina botulínica Hipersalivación Sialorrea Descamación de los labios Queilitis angular Dermatitis en el mentón Fatiga muscular al deglutir el exceso de saliva Dificultad en la fonación Alteraciones en el sentido del gusto Pérdida de líquidos, electrólitos y proteínas Rechazo social La sequedad bucal (xerostomía) es una afección clínica común en los ancianos,44 la explicación fisiológica se centra en que con la edad, las glándulas salivares crecen y los acinos disminuyen en número, y se reemplazan con tejido adiposo y fibrótico.45 Diversos estudios funcionales indican que con la edad no hay disminución en el flujo de saliva total en los individuos sanos que no se encuentran medicados.46,47,48 Sin embargo, puede haber una pérdida progresiva, aunque menor, en el flujo de saliva de las glándulas submandibulares y de las glándulas salivales menores.49 La tasa de flujo estimulado es similar entre adultos mayores sanos y jóvenes, mientras que la tasa de flujo en reposo es significativamente más baja en la población de ancianos.50 Los cambios en la secreción de saliva pueden estar relacionados con la disfunción de glándulas, aunque el uso de medicamentos es la causa más frecuente de tales cambios.51 Como ya se mencionó, el desequilibrio del flujo salival se relaciona con una alteración en el sentido del gusto, dificultad para comer, masticar y deglutir que alteran la función masticatoria y digestiva. Lo anterior conlleva a la presencia de halitosis, sensación de ardor en la mucosa e intolerancia a ciertos alimentos, afectando la calidad de vida de los individuos y comprometiendo su estado nutricional.52 La disminución de saliva predispone al desarrollo de caries dentales atípicas o inusuales, es decir, cervicales, incisales o en cúspides, así como lesiones radiculares.53,54 Aunado a esto, la secreción baja de saliva promueve la formación de placa dental y acelera su maduración y metabolismo; favoreciendo la formación de cálculo dental y el desarrollo de la enfermedad periodontal.55 Hiposalivación farmacológica y patológica Posiblemente, uno de los efectos secundarios más comunes de los fármacos es la boca seca. Más de 400 medicamentos de uso común inducen la hipofunción de las glándulas salivales.56 Los mecanismos de la acción de este tipo de fármacos pueden deberse a la interferencia del mismo con la transmisión neuronal efectora del sistema parasimpático o a la depresión de las conexiones centrales del sistema nervioso autónomo.51 Los fármacos antidepresivos están entre los inhibidores más fuertes de la salivación debido a sus efectos secundarios anticolinérgicos. Los diuréticos por su parte, afectan el movimiento del agua y electrólitos a través de la membrana celular de las células acinares salivares.57 La quimioterapia para el tratamiento del cáncer, también se ha asociado con trastornos en el flujo salival,58 aunque se puede experimentar en poco tiempo, el retorno de la función salival a los niveles previos a la quimioterapia.51,59 Los antihipertensivos y medicamentos para enfermedades cardiacas también disminuyen el flujo salival.60 Afortunadamente, la mayorí a de los medicamentos no dañan la estructura real de la glándula salival, por lo tanto, la xerostomía inducida por fármacos es con frecuencia reversible.62 En cambio, la radioterapia causa hipotensión irreversible pues las glándulas son radiosensibles.61,62 La radiación puede dañar el suministro de sangre, interferir con la transmisión nerviosa o destruir el parénquima glandular.63,64 También se sabe que diversas afecciones pueden causar destrucción progresiva de las glándulas salivales, como algunos trastornos sistémicos como el síndrome de Sjögren, SIDA, lupus eritematoso sistémico, artritis reumatoide y esclerodermia, así como trastornos hormonales, y neurológicos (Parkinson, parálisis, etc.), diabetes no controlada, disfunción tiroidea e incluso la enfermedad psicogénica (depresión).65,66 AVANCES EN LA INVESTIGACIÓN DE LA SALIVA El interés por estudiar la saliva como fluido biológico para el diagnóstico clínico de diversas enfermedades que afectan a los seres humanos ha crecido exponencialmente en los últimos años. La necesidad de avanzar en la investigación de la saliva ha sido reconocida por diversas instituciones en EUA como el Instituto Nacional de Investigación Dental y Craneofacial (en inglés NIDCR, National Institute of Dental and Craniofacial Research)67 y el Instituto Nacional del Cáncer (en inglés NCI, National Cancer Institute).67 Ambos organismos identifican a la saliva como una prometedora fuente de biomarcadores de enfermedades locales como caries, enfermedad periodontal y cáncer oral, pero también sistémicas como tumores distantes (cáncer de mama, pulmón, pancreátrico), enfermedades neurológicas, trastornos metabólicos, entre otros.68 Este impetú en utilizar a la saliva como una fuente de marcadores se debe a que ésta tiene ventajas en comparación con los fluidos más utilizados para diagnóstico en el laboratorio, como la sangre y la orina, ya que la obtención de saliva es más fácil, no es invasiva y no requiere de instrucciones complicadas para su recolección.65,67 En la actualidad se están desarrollando tecnologías para poder analizarla de manera rápida y simple, por lo que potencialmente se pueden generar pruebas diagnóstico, pronóstico y monitoreo que se integren a la clínica dental y médica como parte rutinaria de la consulta.65,67,68 CONCLUSIONES La saliva es un fluido biológico viscoso, que tiene un pH cercano a la neutralidad, producido en su mayoría por las glándulas salivales y secretado en la cavidad oral. Aunque más del 90% de su contenido es agua, consta de componentes orgánicos e inorgánicos que resultan básicos para mantener las funciones reconocidas de la saliva. Dentro de las moléculas presentes en saliva se han reportado: glicoproteínas, fosfoproteínas, péptidos, lípidos, minerales y otros compuestos que le otorgan propiedades físicas para participar en fenómenos de autoclisis, amortiguar las oscilaciones de pH (buffer), lubricación, y humectación. Además de otras propiedades bioquímicas que están asociadas a la presencia de iones, proteínas y péptidos que participan en procesos de defensa del huésped, mineralización y remineralización de las superficies dentales. Es importante conocer el papel de la saliva dentro del ecosistema oral, para entender sus interacciones con los microorganismos presentes y las modificaciones que podrían afectar el buen funcionamiento de diferentes órganos y tejidos. El futuro en el conocimiento de la saliva puede dar lugar a diferentes pruebas analíticas que permitan diagnosticar, monitorear y pronosticar tanto enfermedades orales como sistémicas. * Los autores agradecen el apoyo del proyecto UNAM-PAPIIT #IA209217. Referencias 1. de Almeida P del V, Gregio AM, Machado MA, de Lima AA et al.: Saliva composition and functions: a comprehensive review. J Contemp Dent Pract 2008;9: 72-80. 2. Lee JM, Garon E, Wong DT: Salivary diagnostics. Orthod Craniofac Res 2009;12:206-211. 3. Turner RJ, Sugiya H: Understanding salivary fluid and protein secretion. Oral Dis 2002;8:3-11. 4. Edgar WM: Saliva and dental health. Clinical implications of saliva: report of a consensus meeting. Br Dent J 1990;169:96-98. 5. Garrett JR, Suleiman AM, Anderson LC, Proctor GB: Secretory responses in granular ducts and acini of submandibular glands in vivo to parasympathetic or sympathetic nerve stimulation in rats. Cell Tissue Res 1991;264:117-126. 6. 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En la actualidad se reconoce que estas estructuras constituyen la forma de crecimiento predominante en muchas especies bacterianas.3 Es interesante saber que las biopelículas pueden estar presentes en prácticamente cualquier sitio en la naturaleza, pueden ser observadas tanto en corrientes de agua de ríos, lagos, y océanos, así como en tejidos del cuerpo humano, como los dientes y otras superficies del organismo.4 La presencia de las biopelículas en la naturaleza, afecta de muchas maneras la vida de los seres humanos. Se sabe que pueden afectar la calidad y la producción de las cosechas y también pueden causar biofouling o acumulación microbiana en tuberías, así como corrosión en las mismas. Las biopelículas pueden causar de manera directa o indirecta el deterioro de materiales metálicos o aleaciones metálicas, este fenómeno se conoce como corrosión inducida por microorganismos o MIC (por sus siglas en inglés, microbially influenced corrosion). Este tipo de corrosión inducida por microorganismos afecta a diversas industrias, desde fábricas de alimentos hasta plantas de producción de medicamentos. El impacto económico del daño que pueden hacer las biopelículas que se forman en las tuberías de equipos y en los materiales utilizados en diversas industrias se calcula en millones, ya que el equipo afectado debe ser reemplazado.5 También se sabe que las biopelículas tienen el potencial de colonizar superficies no naturales que pueden estar presentes en los seres humanos, como válvulas cardiacas, prótesis ortopédicas e implantes dentales, entre muchos otros.6 Su presencia puede causar infecciones crónicas en los pacientes que utilizan alguno de estos aditamentos. El daño ocasionado va desde la pérdida de los mismos, reacciones sistémicas como fiebre y embolias y en situaciones extremas, la muerte del paciente infectado (véase capítulo, Biopelículas orales en dispositivos biomédicos y biomateriales). PROPIEDADES GENERALES DE LAS BIOPELÍCULAS Las biopelículas son estructuras heterogéneas que contienen microcolonias de bacterias encapsuladas en una matriz de sustancia polimérica extracelular o EPS (por sus siglas en inglés, extracellular polymeric substance). Las microcolonias de las biopelículas están separadas unas de otras por espacios intersticiales o canales de agua, los cuales son capaces de trasportar nutrientes y desechos. La EPS de las biopelículas contiene entre el 50 al 90% del carbono orgánico total de la estructura y es el componente principal de éstas. Esta matriz de polimérica, puede variar en sus propiedades químicas y físicas, pero está compuesta principalmente por polisacáridos.7,8 La unidad estructural básica de las biopelículas son las microcolonias (figura 4-1, a y b). Figura 4-1a. Estructura de una biopelícula. Esta imagen representa la estructura básica de una biopelícula, que está compuesta por agrupaciones de bacterias que forman microcolonias y que están adheridas a una superficie. Las biopelículas siempre están en un medio acuoso y gracias a la matriz de sustancia polimérica extracelular que las envuelve, se forman canales de agua a través de los cuales se transportan nutrientes y se liberan desechos de los microorganismos que viven en las microcolonias. Reproducida con autorización de MSU, Center for Biofilm Engineering, P. Dirckx. Figura 4-1b. Dinámica de las biopelículas. Una biopelícula madura, es capaz de moverse a través de la superficie colonizada en forma de oleaje. La matriz polimérica que rodea a los agregados bacterianos, puede desprenderse de forma que las microcolonias pueden “rodar por la superficie”. Reproducida con autorización de MSU, Center for Biofilm Engineering, P. Dirckx. La proximidad de las células microbianas dentro de la microcolonia (o entre las microcolonias) provee del medio ambiente ideal para la formación de gradientes de nutrición, intercambio genético y un interesante mecanismo de comunicación bacteriana llamado Quorum sensing. Como se mencionó anteriormente, las biopelículas son un sitio ideal para que ocurra el intercambio de información genética entre las células bacterianas. Uno de los principales mecanismos de intercambio genético es el proceso de conjugación, que es el mecanismo mediante el cual se transfiere información genética por contacto físico (sobre todo plásmidos).9 Estos procesos ocurren en mucho mayor frecuencia entre las células cuando están en estado de biopelícula, que cuando están en estado plantónico.10 También se ha sugerido, que las cepas bacterianas de relevancia médica que contienen plásmidos de conjugación, tienen la capacidad de desarrollar con mayor facilidad la estructura de biopelícula.11 Por otra parte, uno de los mecanismos más interesantes que ocurren dentro de las biopelículas es el Quorum sensing o mecanismo de comunicación entre las células bacterianas. Éste involucra la producción y detección de moléculas de señalización que se difunden entre la biopelícula y también comprende la regulación de la expresión de genes que median la comunicación intercelular, la cual es dependiente de la densidad celular. Adicionalmente, participa en los procesos de adhesión y desprendimiento celular de las biopelículas.12 Hoy en día es reconocido que existen poblaciones de bacterias tanto Gram positivas como Gram negativas, que cooperan y se comunican para realizar diversos comportamientos “sociales”, incluyendo la formación de biopelículas.13 Cuando hay pocas células, las moléculas de señalización se producen en niveles bajos; sin embargo, al aumentar la densidad celular se produce una autoinducción para incrementar la concentración de estas moléculas. Una vez que los compuestos de señalización alcanzan un umbral tope (debido a la densidad celular), la expresión génica de estas moléculas se activa.14 Los sistemas de Quorum sensing pueden dar a las biopelículas el potencial de influir en la estructura de la comunidad, facilitando el crecimiento de especies benéficas (para la biopelícula) y reduciendo la presencia de especies que podrían competir por el espacio de otras. También el Quorum sensing, puede regular la expresión de un panel de genes que permite a las bacterias adaptarse a las condiciones de un medio ambiente modificado por la alta densidad de la población bacteriana.6 Otra propiedad muy importante de las biopelículas bien establecidas, es que las células que se encuentran en esta estructura se vuelven altamente resistentes a los antibióticos y a los mecanismos de defensa del huésped, ya que los microorganismos dentro de una biopelícula están protegidos dentro de la matriz de exopolisacáridos, causando que los anticuerpos, las células del sistema inmune y los antimicrobianos, no tengan acceso a ellos.15 Adicionalmente, los microorganismos dentro de una biopelícula se encuentran en un estado metabólico disminuido, es decir su metabolismo está en un nivel muy bajo y casi no se reproducen, por lo que no hay tanta demanda de nutrientes y los antibióticos no funcionan de manera adecuada.16 Formación de las biopelículas La colonización secuencial y la formación de las biopelículas son procesos altamente organizados. La adhesión a una superficie (natural o artificial) es el primer paso esencial para el desarrollo de una biopelícula. Un ejemplo de la secuencia de formación de una biopelícula, está representado en la figura 4-2, la cual muestra las tres fases relacionadas en la formación de una biopelícula dental. Figura 4-2. Representación de la secuencia de formación de una biopelícula dental. La primera fase llamada de adhesión, es cuando las bacterias llegan a la superficie y se adhieren a ella de manera irreversible por medio de la unión de adhesinas bacterianas con receptores generalmente proteicos presentes en la superficie. La segunda etapa comprende el proceso de colonización y crecimiento, en esta fase las bacterias inician la producción de la matriz de sustancia polimérica extracelular lo que permite la formación de las microcolonias, el crecimiento de la población microbiana se da gracias a un proceso de coagregación específica. La tercera etapa comprende la maduración de la biopelícula, en esta fase las interacciones metabólicas dentro de las microcolonias son evidentes y también están presentes procesos físico-químicos complejos como el “Quorum sensing”. Diseño de la imagen: Thania Almaguer Flores. La primera es fase es la de adhesión de los microorganismos en estado plantónico a la superficie. Esta fase es reversible y está controlada por diversas variables físicoquímicas que determinan la interacción entre la superficie de las bacterias y la superficie acondicionada. Los mecanismos de adhesión bacteriana se pueden dividir en dos eventos: El primer evento, comprende las interacciones físico-químicas que incluyen las fuerzas de van der Waals y las fuerzas eléctricas de doble capa, las cuales son la base de la teoría de adhesión celular “DLVO” (que debe su nombre a las iniciales de sus autores Derjaguin y Verwey).17,18 El resultado de estas interacciones es una fuerza de atracción entre superficies con carga similar y una fuerza de repulsión para superficies con carga opuesta.19 En primer lugar, el microorganismo debe de acercarse a la superficie a una distancia aproximada de 1 nm, la adhesión real entonces dependerá de la suma neta entre las fuerzas de atracción y repulsión generadas entre las dos superficies.20 El segundo evento, comprende interacciones moleculares y celulares, esto implica la adhesión firme del microorganismo a la superficie mediante adhesinas bacterianas, las cuales son polisacáridos y proteínas localizadas en la superficie de la célula bacteriana.21,22 Esta adhesión dependerá de la película condicionante formada sobre la superficie cuando es expuesta al medio líquido del ambiente. Un excelente ejemplo de esto, es la “película adquirida” que se forma en la superficie del esmalte de los dientes cuando éstos entran en contacto con la saliva. Esta película condicionante está formada por proteínas presentes en la saliva que tienen afinidad específica por la hidroxiapatita del esmalte. La afinidad específica de las proteínas a las superficies es la razón del tropismo y la notable selectividad que muestran las bacterias para colonizar diferentes superficies y tejidos en la cavidad oral de manera tan específica.23 La segunda fase de la formación de una biopelícula comienza una vez que las bacterias están firmemente unidas a la superficie y empiezan a producir la matriz polimérica extracelular (EPS), la cual dará la arquitectura heterogénea y particular de las biopelículas. Esta fase también llamada de colonización y crecimiento se caracteriza por la agregación y coagregación de otras células bacterianas a las ya adheridas. La tercera fase comprende la maduración de la biopelícula y el establecimiento de la morfología particular de las microcolonias, la unidad básica y estructural de todas las biopelículas.2 La formación de las biopelículas está influenciada principalmente por tres factores; en primer lugar, las características físico-químicas del sustrato o la superficie donde se va a formar la biopelícula. En segundo lugar, influyen las características del medio acuoso que estará en contacto con la biopelícula y en tercer lugar, las características mismas de las bacterias que formarán esta estructura. La interacción entre la superficie del sustrato y la superficie de las bacterias, está mediada por un complejo sistema de interacciones físicas y químicas, las que a su vez son afectadas por las propiedades físicas y químicas del medio ambiente en el que se encuentran expuestas.24 Impacto de las biopelículas en la salud humana En lo que respecta a infecciones que afectan la salud humana es posible categorizarlas en infecciones agudas, crónicas, de aparición retardada y las ocasionadas por biopelículas. Cada uno de estos tipos de infección se define con base en las características particulares respecto a su tiempo de evolución, fuente de infección, tipo de microorganismo relacionado y tratamiento.25 De acuerdo con la CDC (por sus siglas en inglés, Centers for Disease Control and Prevention), las biopelículas pueden afectar de manera importante la salud de los seres humanos, produciendo infecciones en diversos sitios del organismo. En la cavidad oral pueden causar periodontitis, caries y también están involucradas en patologías como la osteomielitis, otitis media, endocarditis bacteriana, así como infecciones relacionadas al uso de aditamentos biomédicos, entre otras.3 Ya desde el año de 1996 se estimó que las infecciones nosocomiales relacionadas con las biopelículas fueron la quinta causa de muerte en los EUA, perjudicando a más de dos millones de pacientes al año.26 Una de las explicaciones a este tipo de afectaciones es la dificultad de erradicar las biopelículas con los tratamientos convencionales de antibióticos, se ha reportado que las bacterias que forman las biopelículas, pueden ser hasta mil veces más resistentes al estrés antimicrobiano que sus contrapartes bacterianas que se encuentran en estado libre o plantónico.15 Por otra parte, mientras que el potencial patogénico de las biopelículas es un hecho evidente, recientemente se ha reportado que la presencia de biopelículas “probióticas” en ciertas zonas del organismo, podría fortalecer al sistema inmune, favoreciendo ciertos mecanismos anti-inflamatorios específicos.27 Este efecto protector de las biopelículas de Lactobaillus presentes en el intestino o en las superficies vaginales, recién empieza a estudiarse, pero parece que será una de las propiedades de las biopelículas que será estudiada con más profundidad, en un futuro cercano. BIOPELÍCULAS ORALES La cavidad oral de un adulto presenta un área aproximada de 215 cm2 con diversas superficies que pueden ser colonizadas por microorganismos.28 Los primeros estudios que describieron la colonización bacteriana en la cavidad oral fueron los pioneros en proveer evidencia científica, de la marcada selectividad que tienen los microorganismos por diferentes tejidos y superficies.29 Estos tejidos, ya sea duros como los dientes o blandos como la mucosa yugal, son bañados constantemente por un fluido muy importante en la cavidad oral, que es la saliva. La complejidad de la composición de las biopelículas que pueden formarse en la cavidad oral es debida, en parte, a la gran diversidad de microorganismos capaces de colonizarla. Hoy en día se sabe que el microbioma oral humano comprende un poco más de 700 especies bacterianas, de las cuales 200 de ellas representan la población dominante.30,31 La Base de datos del Microbioma Oral Humano, llamada HOMD (por sus siglas en inglés, Human Oral Microbiome Database), fue abierta al público en el 2010. El objetivo de esta base de datos es proveer toda la información fenotípica, filogenética, clínica y bibliográfica disponible de las cerca de 700 especies procaróticas que se han identificado colonizando la cavidad oral. De estas 700 especies, alrededor de 54% tiene asignado un nombre oficial y son cultivables, el 14% de ellas no tiene nombre oficial, pero actualmente ya han podido ser cultivadas y el 32% son conocidas sólo como filotipos no-cultivables (www.homd.org). La importancia de la presencia de las biopelículas en el ecosistema oral, reside su papel para mantener el equilibrio de la salud oral (homeostásis). Ya que la presencia de enfermedades como la gingivitis y la periodontitis, son la manifestación patológica de la respuesta del huésped en contra del reto microbiano de las biopelículas que colonizan la superficie dental y el espacio subgingival (o disbiosis).32 Placa dentobacteriana, una biopelícula Una de las biopelículas más importantes y complejas presentes en la cavidad oral es la placa dentobacteriana. La formación y la composición de esta biopelícula es altamente orquestada, y es bien sabido que las asociaciones de las bacterias que componen esta biopelícula dental no son hechas al azar.13,33 La superficie dental provee un sustrato estable para la colonización bacteriana en la cavidad bucal. En contraste, las agregaciones bacterianas presentes en la mucosa masticatoria, mucosa de carrillos, piso de la boca y paladar duro, son en general limitadas, debido al recambio y descamación de las células epiteliales que los conforman.34 La representación de la formación y composición de la biopelícula dental está ejemplificada en la figura 4-3, donde se observa la colonización secuencial de algunas de las especies bacterianas que la conforman. Figura 4-3. Diagrama representivo la composición de la placa dentobacteriana. En esta imagen se pueden observar las proteínas de la película adquirida de la saliva, que permiten la colonización bacteriana a través de las adhesinas específicas de bacterias de los géneros Actinomyces y Streptococcus (Adhesión). Una vez que estos primeros colonizadores están bien adheridos a la superficie, se iniciará una colonización secuencial de diversos tipos de bacterias que también formarán parte de esta biopelícula (Coagregación). Diseño de la imagen: Thania Almaguer Flores. Al inicio de la década de 1990 se dio un avance significativo en el conocimiento de la composición y organización de la biopelícula dental, a partir de los estudios realizados por Socransky y cols. Este investigador considerado por algunos el “padre de la microbiología periodontal moderna”, desarrolló una técnica molecular llamada de “checkerboard” para hibridaciones de DNA-DNA, la cual permite la identificación simultánea de múltiples especies bacterianas en un gran número de muestras con mezclas complejas de microorganismos, como la biopelícula dental.35 A través de esta técnica y analizando más de 13,000 muestras de placa dentobacteriana subgingival, pudo determinar que existen asociaciones específicas entre las bacterias presentes en las biopelículas dentales, las cuales denominó complejos bacterianos.36,37 El diagrama de los complejos bacterianos subgingivales descritos por Socransky et al., representa tanto la secuencia de colonización, como la composición de la placa dentobacteriana subgingival o biopelícula subgingival (figura 4-4). A continuación se mencionan los nombres de las especies pertenecientes a los cinco complejos bacterianos presentes en la biopelícula subgingival, a los que con fines prácticos les fueron asignados colores los cuales podrán ser observados en el Anexo de figuras. Figura 4-4. Diagrama de los complejos bacterianos de la placa dentobacteriana subgingival. Esta imagen representa la secuencia de colonización, la composición y las asociaciones específicas de las bacterias que ocurren dentro de la biopelícula dental.37 Los colores de los complejos podrán ser observados en el Anexo de figuras de este libro. Complejo amarillo: lo forman especies del género Streptococcus como Streptococcus sanguinis, Streptococcus mitis, Streptococcus oralis, Streptococcus gordonii y Streptococcus intermedius. Complejo verde: se encuentran presentes especies como Capnocytophaga gingivalis, Capnocytophaga ochracea, Capnocytophaga sputigena, Campylobacter concisus, Eikenella corrodens y Aggregatibacter actinomycetemcomitans (antes llamada, Actinobacillus actinomycetemcomitans) serotipo a (A.a.a). Complejo morado: formado por especies como Veillonella parvula y Actinomyces odontolyticus. Complejo naranja: considerado el complejo que comprende colonizadores llamados puente o secundarios como Fusobacterium sp. y subespecies, Parvimonas micra (antes llamada, Peptostreptococcus micros) Prevotella nigrescens, Prevotella intermedia, Campylobacter rectus, Campylobacter gracilis, Campylobacter showae, Eubacterium nodatum y Streptococcus constellatus. Complejo rojo: que comprende a los llamados periodontopatógenos como Tannerella forsythia (antes llamada Bacteroides forsythus), Porphyromonas gingivalis y Treponema denticola. Existen otras especies no agrupadas como; Aggregatibacter actinomycetemcomitans serotipo b (A.a.b). Selenomonas noxia y Actinomyces viscosus que no fueron asociadas a ninguno de los complejos antes mencionados. Las bacterias que conforman cada complejo se encuentran fuertemente asociadas entre sí. Como se puede observar en la figura 4-4, los complejos amarillo, verde y morado se encuentran más fuertemente relacionados entre sí y éstos a su vez asociados al complejo naranja pero no con los miembros del complejo rojo. Este mismo diagrama, también ejemplifica la secuencia de colonización de la biopelícula subgingival (de izquierda a derecha). De tal manera que dentro de los complejos amarillo y azul, se encuentran las especies pioneras de la superficie dental o llamadas también colonizadores primarios. Los complejos morado, verde y naranja están formados por especies llamadas colonizadores puente o secundarios, y finalmente el complejo rojo, formado por especies llamadas colonizadores tardíos y que son patógenos periodontales reconocidos. Composición de las biopelículas en diversos sitios de la cavidad oral Como se mencionó anteriormente, la cavidad oral es un ecosistema complejo, con diversas superficies de tejidos blandos y duros que permiten la colonización de una gran cantidad de microorganismos. A esta diversidad de tejidos, se debe agregar el hecho de que en la cavidad oral pueden estar presentes una gran cantidad materiales que son utilizados como parte de la rehabilitación oral de los pacientes como polímeros, cerámicos y metales. Las características propias de las biopelículas que se forman sobre estas superficies dependen, en gran medida, de las características de la propia superficie, así como del fluido que las humecte. En la cavidad oral, el principal fluido presente es la saliva, seguido por la presencia del fluido crevicular. Diferencias entre la biopelícula subgingival y supragingival La placa dentobacteriana supragingival o biopelícula supragingival se constituye de manera continua con la biopelícula subgingival sobre la misma superficie dental. Ambas “placas dentobacterianas” o biopelículas están delimitadas por una misma superficie que es la superficie del diente, pero clínicamente se diferencian de acuerdo a su posición en el margen gingival. La placa supragingival está expuesta a la saliva, mientras que la placa subgingival está delimitada por el epitelio del surco gingival y se encuentra más expuesta al fluido crevicular. En un estudio fueron analizadas un total de 1,179 muestras de placa supragingival y el mismo número de muestras de placa subgingival, tomadas de pacientes periodontalmente sanos, como de pacientes con periodontitis, con el objetivo de observar las diferencias en la composición entre ambas placas dentales. Los resultados de este estudio mostraron que las cuentas bacterianas siempre fueron mayores en las muestras de placa supragingival, independientemente del estado de salud periodontal. Pero la diferencia real en la composición de las muestras fue más evidente dependiendo del grupo de estudio, más que del sitio de la toma de la muestra. Es decir, las muestras de los sujetos con periodontitis mostraron mayores proporciones de las especies que forman los complejos naranja y rojo, independientemente si la muestra era supra o subgingival, en comparación con las muestras supra y subgingivales de los pacientes sanos. Otro hallazgo interesante fue el hecho de que las especies de Actinomyces fueron encontradas en mayor proporción en todas las muestras de todos los sujetos de estudio, ya fueran supra o subgingivales.38 Composición de las biopelículas en diferentes superficies de tejidos blandos Existe un estudio que se considera representativo de la composición de la microbiota presente en diversos sitios de la cavidad oral. Las muestras evaluadas en este estudio fueron tomadas de la saliva, placa supra y subgingival, así como de ocho diferentes superficies de tejidos blandos, incluyendo dorso de la lengua, porciones laterales de la lengua, superficie ventral de la lengua, piso de la boca, paladar duro, superficie vestibular labial, encía insertada y superficie bucal.39 Este estudio reveló que especies como S. mitis y S. oralis estuvieron presentes en la saliva y en todas las superficies de los tejidos blandos, en cantidades significativamente mayores que en las biopelículas tanto supra como subgingivales. Mientras que Prevotella melaninogenica, estuvo presente en grandes proporciones en las superficies laterales y dorsales de la lengua, en el paladar duro y en la saliva, pero no así en todos los demás sitios muestreados. Asimismo, en este estudio se realizó un análisis de conglomerados o “clústers”. El análisis reveló que la microbiota presente en la saliva y en las superficies laterales y dorsales de la lengua era muy similar y conformaba un mismo clúster. De igual manera, la microbiota de todas las demás superficies de los tejidos blandos eran muy similares y conformaban un segundo clúster. A su vez, la microbiota presente en la placa supra y subgingival conformaba el tercer clúster. Sin embargo, la microbiota presente en los sitios del primer y segundo clúster era más parecida entre sí que con la microbiota del tercer clúster.39 Los resultados de este análisis enfatizan la importancia de la superficie en la formación de las biopelículas presentes en la cavidad oral, ya que superficies estrechamente relacionadas como la superficie dorsal de la lengua y el paladar duro que de manera constante están en contacto, presentaron diferencias importantes tanto en la cantidad de microorganismos como en la proporción de ciertas especies presentes. ENFERMEDAD PERIODONTAL Y BIOPELÍCULAS DENTALES La enfermedad periodontal comprende un grupo de enfermedades con diferentes manifestaciones clínicas. Estas enfermedades son principalmente de naturaleza infecciosa y causadas por grupos específicos de microorganismos que colonizan la superficie dental y el espacio subgingival. La enfermedad periodontal, se caracteriza por la pérdida progresiva de los tejidos de soporte del diente (encía, ligamento periodontal, cemento radicular y hueso alveolar).40 A la fecha, se reconoce que las infecciones periodontales son de origen endógeno y que ciertas especies bacterianas consideradas patógenos periodontales se encuentran también colonizando la biopelícula subgingival de sujetos sanos.41,42 Sin embargo, el grado de patogenicidad de esta biopelícula dental se ve influenciado por el medio ambiente local,43 factores de virulencia de ciertos microorganismos44 y la cantidad e identidad de las bacterias presentes; ya que se estima que en un surco subgingival sano las cuentas bacterianas son de 103, mientras que en un surco enfermo puede haber cuentas mayores o iguales a 108.45 La enfermedad periodontal se ha clasificado a lo largo del tiempo de diversas maneras. En la actualidad, en la práctica clínica se sigue utilizando la clasificación propuesta en 1999 en el International Workshop for a Classification of Periodontal Diseases and Conditions de la AAP (por sus siglas en inglés, American Academy of Periodontology) y que fue reportada por Armitage, ese mismo año.40 Los dos cuadros patológicos principales que la caracterizan son la gingivitis y la periodontitis (figura 4-5). Figura 4-5. Imágenes representativas de la gingivitis y periodontitis causadas por la presencia de la biopelícula dental. La gingivitis es el resultado de la acumulación de microorganismos y sus productos, ante los cuales se inicia una respuesta inflamatoria sustancial que puede persistir durante años sin destrucción del ligamento periodontal o evidencia de pérdida ósea. En muchos casos, la gingivitis puede progresar a periodontitis si el proceso inflamatorio persiste.46 Por otro lado, la periodontitis se caracteriza por la destrucción tisular y pérdida ósea en grados variables, dependiendo del progreso de la enfermedad. Por su grado de severidad se puede clasificar como leve, moderada o severa, mientras que dependiendo del número de sitios afectados (extensión) se clasifica como generalizada o localizada.47 Etiología de las enfermedades periodontales La búsqueda de los agentes causantes de la destrucción de los tejidos periodontales, tiene sus inicios entre 1880 y 1920, aproximadamente. Con la ayuda de las técnicas disponibles en ese tiempo, los investigadores sugirieron como posibles agentes etiológicos, cuatro grupos de microorganismos que fueron llamados en aquel entonces: amebas, espiroquetas, fusiformes y estreptococos.48 Sin embargo, el estudio de las bacterias que colonizan la cavidad bucal y el papel que desempeñan en el desarrollo de las infecciones orales se vio interrumpido, y para mediados de los años 1930, prácticamente ningún investigador dirigió su atención a este campo.49 Posteriormente, una etapa significativa y de grandes aportes en la búsqueda de los agentes etiológicos de la enfermedad periodontal fue en las décadas de los 60 y 70 del siglo pasado. Cuando los estudios hechos por Jordan y Keyes con animales experimentales, demostraron que la enfermedad periodontal podía ser transmitida a otros animales sanos y que un microorganismo ahora conocido como A. viscosus era capaz de causar la destrucción de los tejidos periodontales de animales sanos.50,51 Por esa misma época, los estudios de la gingivitis experimental en humanos demostraron que la gingivitis podía ser inducida por la acumulación intencional de placa dentobacteriana y que conforme ésta madura, los signos clínicos de la gingivitis se acentúan. Por el contrario, cuando la placa dentobacteriana era removida de la superficie dental, los signos de la gingivitis disminuían o desaparecían.52,53 Estudios pioneros como los de Gibbons,54 Socransky56,57 y Newman,58,59 fueron los que demostraron de forma contundente el papel de los agentes bacterianos específicos causantes de las enfermedades periodontales. Más adelante, utilizando técnicas de microbiología tradicional se realizaron excelentes trabajos como los de Moore y Moore, quienes analizaron muestras de placa dentobacteriana subgingival en sujetos con diferentes grados de enfermedad periodontal, y en sujetos periodontalmente sanos. Sus resultados mostraron una variación en la microbiota subgingival de acuerdo con los diferentes estadios periodontales de salud y enfermedad. Las especies compatibles con salud incluían miembros de los géneros Actinomyces, Streptococcus y Veillonella, mientras que especies de los géneros Eubacterium, Campylobacter, Fusobacterium, Porphyromonas, Prevotella, Tannerella (en ese tiempo clasificada dentro del género Bacteroides) y Treponema fueron detectadas en mayores proporciones en sitios con enfermedad.60,61 La etapa actual en la investigación de la etiología microbiana de la enfermedad periodontal, tuvo sus inicios con las investigaciones realizadas por Socransky et al., a finales del siglo pasado. Cuando utilizando su técnica de “checkerboard” pudo analizar miles de muestras de biopelículas dentales de sujetos con diferentes tipos de enfermedad periodontal y describir lo que hoy se conoce como complejos bacterianos de la placa subgingival. Sus estudios, junto con los de otros investigadores del campo, dejaron claro que existe una relación real entre la presencia de algún tipo de enfermedad periodontal, con el aumento en la proporción de las especies bacterianas patógenas como P. gingivalis, T. forsythia y T. denticola, y a su vez con la disminución en la proporción de ciertas especies relacionadas a estados de salud periodontal como especies de Actinomyces y Streptococcus. Lo cual se refleja en una alteración de la ecología microbiana oral (figura 4-6). Figura 4-6. Pirámide ecológica de los complejos bacterianos de la biopelícula dental. Este diagrama ejemplifica las asociaciones específicas entre las bacterias de los complejos y las proporciones de cada uno de ellos en estado de equilibrio u homeostasis (izquierda). Por otra parte, cuando hay un desbalance de la microbiota, el equilibrio de la pirámide se pierde, y se presenta la enfermedad periodontal.25 Los colores de los complejos dentro de las pirámides ecológicas, podrán ser observados en el Anexo de figuras de este libro. El conocimiento generado con la ayuda de “nuevas” herramientas de investigación como la bioinformática,62 la genómica,63 la proteómica64 y otras “ómicas”, nos ha permitido entender con mayor claridad, cómo está organizado este sistema complejo que es el microbioma oral y su interacción con los estados de salud y enfermedad.65 Recientemente, un estudio describió por primera vez, imágenes de lo que llamaron la “biogeografía” de la placa supragingival.66 Para realizar este estudio, los investigadores utilizaron la información proporcionada por las bases de datos del Microbioma Oral Humano (HOMD) y del Proyecto del Microbrobioma Humano (HMP, por sus siglas en inglés, Human Microbiome Project),67 junto con una técnica de hibridación in situ fluorescente llamada FISH (por sus siglas en inglés, fluorescence in situ Hybridization). Con la ayuda de estas técnicas, este estudio presenta imágenes extraordinarias de las asociaciones bacterianas multigenéricas que existen en la biopelícula supragingival.66 CONCLUSIONES La relación entre el genoma-ambiente-fenotipo de todos los componentes presentes en el ecosistema oral, tiene una gran relevancia en el ámbito clínico, ya que está directamente relacionado con la presencia de enfermedades como la gingivitis, la periodontitis y la caries. La experiencia clínica en el tratamiento de estas enfermedades indica que para poder resolver de manera adecuada alguno de estos procesos infecciosos, primero deben ser removidas físicamente las biopelículas formadas sobre las superficies dentales y/o radiculares, ya que cuando la biopelícula se establece en una superficie, las células microbianas que la conforman, se vuelven resistentes a los antibióticos y a las defensas del mismo huésped, por lo que el tratamiento convencional con antibióticos y antisépticos resulta no ser tan efectivo. Es por esto que en un medio ambiente tan complejo como el ecosistema oral, resulta importante entender los mecanismos de adhesión inicial de los microorganismos y la formación de las biopelículas, para poder implementar estrategias de control y prevención de su formación, aumentando así la salud oral y la calidad de vida de los seres humanos. * La autora agradece el apoyo del proyecto UNAM-PAPIIT #IN220416. Referencias 1. Donlan, R. M. 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Se muestra la reacción que tiene lugar al entrar en contacto los iones de hidrógeno con la hidroxiapatita, así como el pH crítico de la placa dentobacteriana donde ocurre este proceso. Si se sobrepasa la capacidad y protección contra dicho daño, se conduce al establecimiento de la caries dental, que desde una perspectiva bioquímica, es una enfermedad producida por la pérdida del balance en el metabolismo de la biopelícula.2,3 TRANSPORTE DE AZÚCARES Las bacterias orales tienen presente en su superficie dos sistemas transportadores de azúcares: el sistema fosfotransferasa dependiente de fosfoenolpiruvato (PEP-PTS) y el sistema de transporte de unión a proteína (BPTS) (figura 5-2). 2,13 Figura 5-2. Sistemas transportadores de las bacterias orales y pasos de la glucólisis. El PEP-PTS tiene un dominio específico de azúcar y un dominio de fosforilación no específico de azúcar. Cuando los azúcares son transportados, inmediatamente son fosforilados transfiriendo un grupo fosfato a partir de fosfoenolpiruvato, el cual es un compuesto de alta energía que proviene de glucólisis.2,4 Por su parte, el BPTS es un transportador que para llevar a cabo su función requiere de energía proveniente del ATP y los azúcares transportados por este sistema deben ser fosforilados al interior de la bacteria.1,2,4,5 ETAPAS DE GLUCÓLISIS Las primeras cinco reacciones de glucólisis desde la fosforilación de la glucosa corresponden a lo que se conoce como fase de inversión, para posteriormente dar lugar a la fase de generación de energía donde se sintetizan moléculas de ATP (figura 5-2). 2,4 Fase de inversión • Una vez que la glucosa es importada y fosforilada queda de manera irreversible como glucosa-6-fosfato. • Esta glucosa-6-fosfato es isomerizada de la forma aldohexosa a la forma cetohexosa: fructosa-6-fosfato, con el objetivo de dejar libre al carbono 1 de la molécula para ser fosforilado. Esta es una reacción reversible catalizada por la enzima glucosa-fosfato-isomerasa. • La fructosa-6-fosfato sufre una segunda fosforilación en el grupo hidroxilo unido al carbono 1, para quedar como fructosa-1,6-bisfofato, en una reacción irreversible llevada a cabo por la enzima fosfofructocinasa. Este grupo fosfato transferido proviene del ATP, el cual queda como ADP al final de la reacción. • Este segundo fosfato “cargado” desestabiliza la molécula al traer dos grupos con carga negativa en cercana proximidad y esto servirá para que en la siguiente reacción la enzima aldolasa escinda de manera reversible a la fructosa-1,6bifosfato, en dos moléculas de tres carbonos cada una, unidas a un grupo fosfato: el gliceraldehído-3-fosfato (G3P) y la dihidroxiacetona fosfato (DHAP). • El G3P es un intermediario de glucólisis mientras que la DHAP no lo es, por lo que después de su producción, la DHAP es isomerizada para formar otro G3P; esto con el objetivo de formar otra molécula más de G3P y así puedan continuar a través de la ruta. Esta reacción es reversible y es catalizada por la enzima triosafosfato isomerasa. A partir de este paso, todas las reacciones subsecuentes corresponden a la fase de generación de energía. Fase de generación de energía • El grupo aldehído del G3P es oxidado a su correspondiente grupo carboxilo en una reacción reversible catalizada por la enzima gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa, con la concomitante reducción de NAD+ a NADH; esta enzima toma fosfato inorgánico Pi (H3PO4) para que se lleve a cabo la transferencia del hidruro (H-) del grupo aldehído al NAD-, por lo que la reacción no requiere del gasto de ATP para dar como producto glicerato-1,3-bifosfato (o también denominado 1,3-bifosfoglicerato). • El siguiente paso es la desfosorilación del 1,3-bifosfoglicerato por medio de una reacción reversible llevada a cabo por la enzima fosfoglicerato cinasa la cual transfiere el grupo fosfato, unido al carboxilo, a una molécula de ADP, generando ATP y glicerato-3-fosfato. Como las reacciones se cuentan al doble en esta fase, en realidad se obtienen 2 moléculas de ATP. • Este nuevo intermediario (glicerato-3-fosfato) es isomerizado a 2-fosfoglicerato en una reacción reversible catalizada por la enzima fosfoglicerato mutasa. El objetivo de esta reacción es tener una molécula que pueda ser blanco de una reacción de deshidratación, por lo que la siguiente reacción es eliminar una molécula de agua del 2-fosfoglicerato para formar fosfoenolpiruvato, más una molécula de agua liberada por medio de una reacción reversible catalizada por la enzima enolasa. • La formación de fosfoenolpiruvato facilita (bioenergéticamente) la síntesis de ATP durante el último paso de glucólisis ya que esta molécula es desfosforilada en una reacción irreversible catalizada por la enzima piruvato cinasa, la cual transfiere el grupo fosfato del fosfoenolpiruvato a una molécula de ADP, para dar piruvato y ATP (2, tomando en cuenta que es una reacción al doble). Estas reacciones mencionadas en la fase de ganancia donde se sintetizó ATP, se denominan fosforilación a nivel de sustrato (figura 5-2).2,4 FERMENTACIÓN Y DESTINOS DEL PIRUVATO Uno de los efectos del metabolismo de las bacterias propias de las biopelículas orales es que varias de ellas tienen la capacidad de modular un ambiente, ya sea en presencia o ausencia de oxígeno. Esto tendrá un efecto subsecuente en el destino final de los piruvatos generados en la ruta de glucólisis.2,6,7 Aunque suele existir la idea generalizada de que en ausencia de oxígeno el destino del piruvato es la subsecuente formación de ácido láctico, la realidad es que dependiendo de los mecanismos de regulación y la presencia abundante o escasa de azúcares, pueden existir diferentes vías de ramificación con la generación de diferentes ácidos como fórmico, acético y el mismo láctico, así como la formación de alcohol, específicamente etanol (figura 5-3).2,8 Figura 5-3. Esquema simplificado sobre los mecanismos de fermentación (homoláctica y heteroláctica) en bacterias orales. La producción de piruvato por glucólisis cuando las bacterias se encuentran creciendo en un medio donde el suministro de azúcares es continuo, representa un problema metabólico, ya que esto agota las reservas de NAD+, indispensable para que vuelva a repetirse continuamente esta ruta y también para otros tipos de reacciones.2,7 En condiciones anaerobias (ausencia de oxígeno) o aerobias, las bacterias poseen una vía de eliminación del piruvato y de regeneración del NAD+. Estos procesos son los de fermentación, que pueden ser ya sea homolácticos o heterolácticos.2,7 Fermentación homoláctica. En este proceso el piruvato se reduce a ácido láctico en una sola etapa. La enzima lactato deshidrogenasa cataliza esta reacción reversible. Asimismo, mediante este proceso también se da la oxidación de NADH para regenerar los niveles de NAD+.2,7 Fermentación heteroláctica. En este tipo de fermentación, además del ácido láctico, también se producen compuestos tales como ácido acético, fórmico, dióxido de carbono, ATP y etanol. Cuando ocurre la fermentación heteroláctica en presencia de oxígeno se puede dar la conversión de piruvato en ácido acético en dos pasos. Primero, la enzima piruvato oxidasa sintetiza acetil-fosfato a partir del piruvato y después la enzima acetato cinasa toma a este intermediario y lo convierte en ácido acético, transfiriendo el grupo fosfato hacia una molécula de ADP. Estas reacciones dan un rendimiento energético extra para la bacteria ya que genera como subproductos ATP, además de CO2 y H2O2.2,7 Un tercer destino en fermentación heteroláctica es la formación de ácido fórmico, el cual es un elemento volátil. Este se sintetiza en una reacción llevada a cabo por la enzima piruvato formato liasa, que utiliza una coenzima A (CoA-SH); sin embargo, esta enzima es extremadamente sensible al oxígeno, siendo inhibida en presencia de dicho elemento.2,7 Por último, un destino más del piruvato es su conversión en etanol; un proceso que además de ser llevado a cabo en levaduras, también puede ser efectuado por bacterias de la biopelícula dental. En dicha reacción el piruvato se convierte en los intermediarios acetil-CoA y acetaldehído para finalmente ser catalizado hacia etanol. Estas reacciones son catalizadas por las enzimas piruvato deshidrogenasa, acetaldehído deshidrogenasa y alcohol deshidrogenasa, respectivamente. También, el intermediario acetil-CoA puede tener como vía alternativa el Ciclo de Krebs (que ocurre de manera incompleta en bacterias orales), así como también puede ser tomado como sustrato por la enzima fosfato acetil transferasa y ser catalizado hacia acetil fosfato, teniendo como destino su conversión en ácido acético.2,7,8,9,10,11,12 EXPULSIÓN DE LOS PROTONES Los protones (H+) producidos por la disociación de los ácidos generados por las bacterias orales son expulsados a través de complejos proteicos de tipo ATPasas, uno de ellos es la F0F1-ATPasa (ATPasa tipo F), y otro es la denominada ATPasa de H+ (ATPasa tipo P). Se ha establecido que la ATPasa tipo F es la principal determinante en el poder acidúrico de algunas especies del género Streptococcus (S. mutans y S. sanguis, principalmente) y por lo tanto, responsable indirecta su resistencia al poder acidogénico. De manera interesante, la ATPasa de tipo F es una enzima análoga a la enzima presente en eucariotas utilizada para la síntesis de ATP por el proceso de fosforilación oxidativa, pero en especies bacterianas como S. mutans, la única función de dicho complejo es la extrusión de protones al exterior (véase figura 5-1).2,13 METABOLISMO ESPECÍFICO DE DISTINTOS AZÚCARES Metabolismo de la sacarosa La sacarosa, es un disacárido muy especial e importante para el metabolismo de las bacterias de la biopelícula dental. En primer lugar, al igual que otros disacáridos puede ser metabolizada al interior de la bacteria cuando entra por medio del sistema transportador PEP-PTS (figura 5-4), quien la fosforila para quedar como sacarosa 6fosfato. Posteriormente la enzima sacarosa-6-fosfato hidrolasa la separa en glucosa 6-fosfato (para derivarla a glucólisis) y fructosa, esta última es tomada como sustrato por la enzima fructocinasa, para fosforilarla en el carbono 6 y así puede también continuar a través de la ruta glucolítica.1,4 Figura 5-4. Metabolismo de la sacarosa al entrar por el sistema PEP-PTS. En otro caso, cuando la sacarosa entra por el sistema transportador BPTS (figura 5-5), sufre una reacción de transfosforilación, llevada a cabo por la enzima sacarosa fosforilasa, para quedar libre glucosa-1-fosfato y fructosa. La primera será isomerizada por la enzima fosfoglucomutasa para quedar como glucosa-6-fosato y continuar a través de glucólisis, mientras que la fructosa, será fosforilada por la fructocinasa, para así también derivarse hacia la ruta de glucólisis.2,4 Figura 5-5. Transporte y metabolismo de la sacarosa por medio del sistema BPTS. Adicionalmente, la sacarosa también es utilizada como sustrato por enzimas extracelulares de la placa dental para sintetizar polímeros complejos como glucanos y fructanos. Esto es crucial en las interacciones adhesivas de la bacteria y como reserva extracelular de energía, razones por las cuales se le considera como el principal azúcar cariogénico.2,14,15 Metabolismo de la lactosa Este disacárido también puede entrar a través de los dos sistemas transportadores mencionados (PEP-PTS y BPTS). En caso de utilizar el sistema PEP-PTS, entra como lactosa-6-fosfato, para posteriormente ser escindida en glucosa y galactosa-6fosfato, por la enzima fosfo-beta-galactosidasa. Mientras que la glucosa es fosforilada por una hexocinasa intracelular para entrar a glucólisis, la galactosa-6fosfato entra a la vía de la tagatosa, que converge con glucólisis (figura 5-6).2,16,17 Figura 5-6. Reacciones de la vía de la tagatosa. En caso de entrar a la célula bacteriana por el sistema BPTS sin ser fosforilada, la lactosa primero debe entrar a la vía de Le-Loir, que a su vez también converge con glucólisis (figura 5-7).2,16,17 Figura 5-7. Reacciones de la vía de Le-Loir. Asimismo, algunas bacterias pueden secretar β-galactosidasas al exterior para escindir el disacárido antes de interiorizarlo.5,17 Metabolismo del sorbitol El sorbitol es un polialcohol derivado de la glucosa (glucitol) que puede ser metabolizado por algunas bacterias orales. Su ingreso puede ser por medio del sistema BPTS o del sistema PEP-PTS (figura 5-8).18 Figura 5-8. Transporte y metabolismo del sorbitol. En caso de ingresar por medio del sistema BPTS, primero se convierte a fructosa por medio de la enzima sorbitol deshidrogenasa, para después ser catalizado hacia fructosa-6-fosfato por medio de la enzima fructocinasa, lo que le permite ingresar a la ruta de glucólisis.2,18 Si dicho azúcar se interioriza en cambio por el sistema PEP-PTS, su ingreso incluye su fosforilación a expensas de una molécula de fosfoenolpiruvato para dar sorbitol-6-fosfato (S6P). El siguiente paso es catalizado por la enzima sorbitol-6fosfato deshidrogenasa, quien toma como sustrato al S6P para convertirlo en fructosa-6-fosfato, el cual puede continuar a través de la ruta de glucólisis.2,18 A pesar de existir un interés en su uso como sustituyente de cariogénicos sus propiedades anticariogénicas no son sólidas e incluso se ha aportado evidencia que puede favorecer el crecimiento bacteriano a una tasa mayor comparada con otros monosacáridos como la glucosa.2,4,18 Metabolismo del xilitol Algunas bacterias orales como S. mutans, pueden importar este polialcohol al convertirlo en xilitol-5-fosfato por medio del sistema PEP-PTS. Esta molécula no puede continuar siendo metabolizada o incorporada a glucólisis por lo que es desfosforilada y excretada por medio una fosfatasa. Este proceso se considera ineficiente para la bacteria, pues requiere de un gasto energético para fosforilar al xilitol sin obtener ningún beneficio posterior al no poder metabolizar este azúcar.19 Dicho proceso, no es el único que compromete la supervivencia de la bacteria, pues el xilitol-5-fosfato puede inhibir a la fosfofructocinasa, además de que disminuye indirectamente la concentración de fosfoenolpiruvato (PEP) y de piruvato (Pi) necesario en otras reacciones de fosforilación que no son dependientes de ATP.18,19 Es por esto que el xilitol ha sido ampliamente promovido como un sustituto de azúcar en productos de uso común, como gomas de mascar.2,19 Figura 5-9. Transporte y metabolismo del xilitol. SÍNTESIS DE POLISACÁRIDOS El papel de los polisacáridos es crítico para la formación de la biopelícula dental y también participa para el desarrollo de caries dental. Los polisacáridos cumplen con funciones esenciales para la colonización y supervivencia de las bacterias, así como la modulación de la biopelículas. Estos polímeros pueden ser clasificadas como intracelulares y extracelulares (Figura 5-10). 20, 21,22 Figura 5-10. Esquema general de los polisacáridos intracelulares y extracelulares presentes en las bacterias orales. La sacarosa es un disacárido crítico para la formación tanto de los polisacáridos intracelulares como extracelulares. A diferencia de otros azúcares, es el que tiene mayor contribución en el desarrollo y establecimiento de la caries así como de la virulencia de organismos cariogénicos.20,21,22 Polisacáridos intracelulares Los polisacáridos intracelulares, tienen como objetivo principal servir de reserva energética. En bacterias cariogénicas como S. mutans se han identificado enzimas que participan en la glucogénesis (nueva sintésis de glucógeno) como la enzima glucógeno sintasa y la enzima ramificante del glucógeno, que sirven para la sintésis de este polisacárido a partir de la unión de glucosas libres a un extremo libre de una cadena de polisacárido en formación, así como de los puntos de ramificación para dar salidas laterales.23 Así también se ha identificado presente a la glucosa-fosforilasa 1, la cual participa en la glucogenólisis, al permitir la liberación de glucosas, pero en forma de glucosa1-fosfato. Este mismo tipo de glucosas libres, posteriormente serán modificadas para ingresar finalmente a glucólisis.23 Polisacáridos extracelulares Los polisacáridos extracelulares también denominados exopolisacáridos, tienen un papel primordial en la formación de la biopelícula dental y en la supervivencia de las bacterias.20,21 Estas moléculas tienen diferentes funciones como función estructural, capacidad de adhesión, proporcionar cohesividad a los microorganismos, fungir como reservorios de energía, conferir protección, y como un mecanismo para retener para mayor tiempo iones y moléculas necesarias para la supervivencia de las bacterias que se encuentran en una biopelícula.20,21 Las bacterias que se encuentran en la biopelícula, tienen la capacidad de secretar enzimas y proteínas que pueden permanecer unidas a su superficie externa y que sirven tanto para su formación, degradación y unión de los sacáridos simples para formar estas estructuras complejas (polisacáridos extracelulares).20,21 Los polisacáridos extracelulares son sintetizados por dos grupos de enzimas: las glucosiltransferasas, para la síntesis de glucanos; y las fructosiltransferasas, para la síntesis de fructanos.20,21 -Glucanos. En el caso de los glucanos estos se dividen en dos tipos principalmente: dextrano y mutano. El dextrano (que tiene como característica ser insoluble) es el polisacárido constituido por glucosas y que tiene enlaces principalmente de tipo α, 1-6 mientras que el mutano (soluble) son glucosas formando también un polímero pero con enlaces de tipo α, 1-3. Dentro de las funciones de estos glucanos está la formación de interacciones adhesivas ya sea célula-célula o célula-superficie dental y en menor medida ser reserva energética.20,21 Las enzimas que pueden degradar a estos glucanos con el fin de liberar isomaltosacáridos (constituidos de 3 a 4 glucosas), son las dextranasas y mutanasas, respectivamente.20,21 Las bacterias también pueden secretar y unir a su superfice a proteínas denominadas GBP (proteínas de unión a glucano), de las cuales se sabe que pueden mediar el proceso de unión al glucano y también pueden estar asociadas a procesos que favorezcan un ambiente acidogénico. Asimismo se ha caracterizado que un dominio de las enzimas GTF tiene función de unión a glucano, lo que permite incluirlas dentro del grupo de las GBP. Una característica relevante de estas proteínas es que pueden inducir la respuesta inmune en el huésped, conduciendo a la producción de anticuerpos solubles tipo IgA específicos contra las GTF y las GBP. Esto ha generado interés en el desarrollo de una vacuna para el tratamiento contra la caries dental contra los microorganismos productores de estas moléculas.20,21 -Fructanos. Por su parte los fructanos, están constituidos por fructosas provenientes de la sacarosas. Estos polisacáridos tienen como función principal servir de reserva energética extracelular y son degradados rápidamente por enzimas llamadas fructanasas (exofructidasas). Se pueden clasificar en dos grupos generales: inulina y levano. Si las uniones de estas fructosas unidas en cadena, son de tipo β, 26 se forma levano; mientras que si son β, 1-3 se forma inulina.20,21,24,25 EFECTOS DEL FLÚOR EN EL METABOLISMO DE LAS BACTERIAS ORALES El flúor se asocia principalmente a su efecto a nivel de los tejidos minerales del diente. Sin embargo, también se ha demostrado que tiene un efecto en detrimento del metabolismo propio de las bacterias orales, afectando de manera directa o indirecta la biopelícula dental. 22,26 Este elemento se difunde a través de las membranas en su forma asociada (ácido fluorhídrico, HF) y una vez al interior, se disocia a sus formas iónicas liberándose el ión fluoruro (F-). Ya en el interior, inhibe a la enzima enolasa, reduciendo los niveles de fosfoenolpiruvato (PEP) y de ATP; por lo tanto también inhibe el ingreso de sacáridos a través del PEP-PTS, pues como se mencionó previamente dicho transportador utiliza al metabolito PEP.4,5 El flúor también tiene como efecto indirecto inhibir la formación del glucógeno intracelular, pues al disminuir la concentración de glucosa-6-fosfato, no se puede llevar a cabo la glucogénesis.28 Actúa también inhibiendo la actividad de la H+-ATPasa, lo que tiene como efecto la acumulación intracelular de ácido, que eventualmente conduce a la muerte de la bacteria.26,27 Por otro lado, existe evidencia que el xilitol puede ser un sustituto efectivo de azúcares cariogénicos, ya que dicho polialcohol tiene un efecto sinérgico al combinarse con fluoruros, teniendo como consecuencia la disminución en la producción de ácido láctico por parte de las bacterias.27,28 A nivel del ecosistema oral, se ha demostrado que el fluoruro previene el crecimiento de bacterias como S. mutans y especies de Lactobacillus mediante efectos directos, es decir, de sus propios procesos metabólicos. Pero también puede tener un efecto indirecto entre las especies bacterianas orales, reduciendo la acidificación de la biopelícula, lo que podría tener un efecto en el tipo de bacterias predominante en la biopelícula dental del hospedero.13,26 a 28 METABOLISMO DE LAS BACTERIAS QUE CONDUCE A LA FORMACIÓN DE BASES Los microorganismos de la biopelícula dental, tienen la capacidad de síntetizar ácidos pero también muchos de ellos tienen la capacidad de sintetizar bases o álcalis. Esto es sumamente importante para la supervivencia de aquellos microorganismos que no tienen la capacidad de sobrevivir en un ambiente ácido e indirectamente lo es también, como un mecanismo de protección contra la caries dental.29 Las fuentes primarias para dar lugar a esta síntesis de bases son la urea, la arginina y la agmatina (figura 5-11).29 Figura 5-11. Sistemas que conducen a la producción de bases: sistema de la urea (*, bacterias que lo llevan a cabo), sistema de la arginina desiminasa (+,bacterias que la llevan a cabo) y sistema de la agmatina desiminasa (‘’, bacterias que la llevan a cabo). Metabolismo de la urea Algunos microorganismos como Streptococcus salivarius y Actinomyces naeslundii pueden catalizar la conversión de urea en amoníaco, el cual al ser exportado a un destino extracelular, incrementa el pH de la biopelícula dental (figura 5-11). Esta reacción se lleva a cabo mediante la metaloenzima ureasa, la cual toma como sustrato a la urea y a una molécula de agua y cataliza su conversión a dos moléculas de amoníaco y CO2 (figura 5-11). La expresión de dicha enzima está regulada por diferentes factores medioambientales como la diminución del pH, la presencia de urea y una fuente limitada de nitrógeno.29 Sistema arginina desiminasa El aminoácido arginina es abundante en la saliva y puede ser metabolizado por medio del Sistema Arginina Desiminasa (ADS) para dar como productos la ornitina (el cual es un aminoácido no codificante), amoníaco (que actúa como una base), CO2 (elemento volátil) y H2O.29 Este sistema (figura 5-11) está presente en diferentes bacterias orales, pero se ha estudiado específicamente en microorganismos como S. sanguinis, S. gordonii y S. parasanguis. Se sabe que además de la producción de sustancias básicas, también tiene como beneficio la producción de energía en forma de ATP. Los genes que codifican para este sistema están en un operón que se encuentra regulado positivamente por cambios en el pH y la presencia de arginina, y negativamente por la presencia de catabolitos de carbono (CCR) y el incremento de oxígeno.29 Una proteína antiporte arginina/ornitina es la encargada del intercambio de arginina al interior de la célula por cada ornitina que es expulsada. Una vez que ha ingresado la arginina al interior de la bacteria, la enzima arginina desiminasa hidroliza a la arginina generando citrulina (que también es un aminoácido no codificante) y amoníaco; posteriormente la citrulina es convertida ornitina y carbamoilfosfato por medio de la enzima carbamoiltransferasa y a continuación la enzima carbamato cinasa transfiere un grupo fosfato proveniente del carbamoilfosfato a una molécula de ADP, para dar como productos ATP, CO2, amoníaco y agua.29 Sistema agmatina desiminasa La agmatina es una aminoaguanidina que puede obtenerse mediante la dieta o por la descarboxilación de la arginina. Este sistema (figura 5-11) se ha identificado solamente en algunas especies bacterianas como Streptococcus sobrinus, Streptococcus downeii, Streptococcus cricetus y Lactobacillus brevis, a diferencia del sistema ADS, que se encuentra distribuido en un gran número de especies bacterianas.29 La agmatina libre puede entrar a la célula por medio de una proteína antiporte agmatina-putrescina (AguD), para ser inmediatamente hidrolizada al interior en Ncarbamoilputrescina y amoníaco por la enzima agmatina desiminasa. La Ncarbamoilputrescina puede ser metabolizada por la putrescina carbamoiltransferasa para dar como producto putrescina y carbamoilfosfato. Finalmente, la carbamato cinasa, transfiere un grupo fosfato de carbamoilfosfato al ADP para generar como productos ATP, CO2 y nuevamente amoníaco (NH3). La putrescrina puede ser intercambiada por más agmatina por el antiporte previamente mencionado.29,30 MECANISMOS DE REGULACIÓN MEDIOAMBIENTAL QUE PARTICIPAN EN LA HOMEOSTÁSIS DE LA BIOPELÍCULA DENTAL En la actualidad se reconoce el impacto que tienen los factores medioambientales en la modulación del metabolismo de las bacterias de la biopelícula dental, incluyendo tanto a las bacterias cariogénicas como a las no cariogénicas.2,30 Un aspecto a considerar sobre las bacterias de la biopelícula dental, es que cuentan con una gran variabilidad fenotípica, es decir, que pueden adaptar sus características funcionales a cambios en el medio ambiente como ausencia/presencia de oxígeno, disponibilidad de azúcares, cambios en el pH y en potencial redox (óxidoreducción).2,30 Cuando el huésped consume alimentos, se incrementa drásticamente la disponibilidad de azúcares para las bacterias de la cavidad oral, lo que también aumenta las concentraciones de los intermediarios de glucólisis, entre ellos fructosa1,6-bifosfato, el cual es un regulador alostérico positivo de la enzima lactato deshidrogenasa (LDH), conduciendo al cambio de una fermentación heteroláctica hacia una homoláctica.2,30,33 En contraparte, un regulador alostérico negativo de la LDH es el AMP (adenosín monofosfato) y ADP (adenosín difosfato), por lo que el incremento en la concentración de estos metabolitos indica lo disminución en la concentración de ATP y por lo tanto conduce a la fermentación heteroláctica. Cuando se da esta producción ramificada se produce ácido fórmico y acético, y también se provee a la célula bacteriana con más ATP.2,30 Por su parte, otros intermediarios de la glucólisis como el G3P y la DHAP inhiben a la enzima piruvato liasa, encargada de la síntesis de ácido acético, fórmico y etanol, lo que también favorece la derivación hacia la fermentación homoláctica.2,30 También, el incremento de fructosa-1,6-bifosfato y glucosa-6-fosfato, aumenta la actividad de las tasas del metabolismo glucolítico en la bacteria. De esta manera, la bacteria puede seguir lidiando con la entrada masiva de azúcares.6,7,10,11 Como se ha mencionado, la sacarosa tiene un papel crucial en desarrollo y establecimiento de la caries, pues a partir de su metabolismo, se llevan a cabo fenómenos como tolerancia al estrés, comunicación célula-célula y evolución bacteriana por medio de transferencia horizontal de la información genética.4,14 En caso de no tener una fuente de azúcares proveniente de la dieta del huésped otra fuente de nutrientes para las bacterias son las glicoproteínas del hospedero pues pueden degradar rápidamente los azúcares que tienen unidos de manera covalente a sus aminoácidos.31,32 También existen vías metabólicas emprendidas por bacterias de la biopelícula dental que tienen como objetivo neutralizar la acidez en la placa, lo que pone en evidencia estos mecanismos relacionados al mantenimiento de un pH saludable de la placa. Estas vías caracterizadas son: el metabolismo de la urea, sistema arginina desiminasa y el sistema agmatina desiminasa, los cuales conducen a la producción de la base amoníaco (NH3) y además también aportan energía a la bacteria pues también se da la síntesis de ATP, por lo que una estrategia explotada actualmente, es la adición de arginina, en pasta dentales, aunque aún no existe una evidencia definitiva sobre su efectividad.29 Por otro lado, al existir un factor limitante de crecimiento (como ausencia de azúcares entre comidas), las bacterias orales realizan fermentación heteroláctica. Debido a que algunos de los demás ácidos tienen un pKa mayor (a mayor pKa de un ácido, menor es su fortaleza relativa), los ácidos son más débiles que el ácido láctico, lo que favorece un ambiente “menos agresivo” a pesar de producirse ácido de manera permanente.30 Se ha caracterizado que ciertas bacterias del género Actinomyces y Lactobacillus pueden importar al lactato (la forma ionizada del ácido láctico) extracelular y convertirlo en ácidos más débiles como propionato y acetato.2,10 CAMBIOS EN EL PARADIGMA SOBRE LA COMPRENSIÓN DEL ECOSISTEMA ORAL Posterior a la revolución industrial se incrementó de manera exponencial el consumo de azúcares refinados y la disponibilidad de alimentos ricos en estos. Esto trajo como consecuencia, la pérdida de las capacidades inherentes del organismo para responder de manera eficiente a los cambios drásticos en el pH en la cavidad oral (p. ej., mediante la capacidad amortiguadora), incrementando la incidencia de la caries dental.30 El ecosistema oral, comprende una larga relación endosimbiótica evolutiva entre la gran diversidad de microorganismos que lo conforman (bacterias, virus, hongos y arqueas) y el huésped. En ese sentido, esto es solo el comienzo para comenzar la comprensión más profunda de los mecanismos de regulación genética, proteínica y del metabolismo tanto individidualmente, así como del ecosistema.2 En 1994, Marsh propuso la hipótesis de la placa ecológica, la cual establece que la microbiota de la biopelícula dental cambia de un estado sano hacia uno patogénico, debido a las interacciones entre la actividad bacteriana y el medio ambiente, donde específicamente un pH ácido inducido por la fermentación de sacarosa, desencadena un cambio en el balance de la microbiota residente de la placa dental favoreciendo el desarrollo de una más cariogénica.32 En el 2008, Takahasi y Nyad modificaron, y actualizaron esta hipótesis para establecer la hipótesis de la placa ecológica extendida, en ella se considera que la actividad metabólica regula en gran medida las adaptaciones y selecciones bacterianas. Así cuando se pierde el balance del ecosistema, se cambia hacia un ambiente acidogénico, lo que trae por consecuencia el establecimiento último de la caries dental, por la pérdida del equilibrio en el metabolismo de la placa dentobacteriana (figura 5-12).2,8,33,34,35 Figura 5-12. Esquema del ecosistema que conduce a la supervivencia de bacterias acidogénicas y acidúricas, debido a la alteración de la homeostasis del metabolismo bacteriano (1) esto conduce a un cambio en el ecosistema de la biopelícula dental y, como efecto último, al establecimiento de la caries dental (2). Anexo Contenido en línea: https://www.youtube.com/watch?v=OOYAyIxSIEQ Referencias 1. Colby SM, Russell RR: Sugar metabolism by mutans streptococci. Soc Appl Bacteriol Symp Ser 1997;26:80S-88S. 2. Takahashi N: Oral Microbiome Metabolism: From “Who Are They?” to “What Are They Doing?”. J Dent Res 2015;94:1628-1637. 3. 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Los cambios en la composición microbiológica de diferentes superficies orales pueden dar origen a la aparición de enfermedades como la periodontitis y la caries. En la boca, las infecciones de origen exógeno (causadas por microorganismos que no forman parte de la flora comensal), son raras. Cerca del 90% de las infecciones que afectan la cavidad oral son causadas por microorganismos comensales o endógenos. La microbiota propia de un individuo, se adquiere desde su nacimiento por la exposición a distintos microorganismos a través del contacto, en primera instancia, con la madre, y después con otros individuos y el medio ambiente en general. La colonización inicial de microorganismos comensales ocurre en etapas y tiempos específicos de la vida, que están determinados por “ventanas de infectividad” para cada especie en particular. La etiología microbiana de los procesos cariogénicos se conoce desde finales del siglo XIX. Sin embargo, fue hasta casi un siglo más tarde cuando se demostró por primera vez, que los ácidos producidos por ciertas especies bacterianas de la cavidad oral eran responsables de causar los defectos en las estructuras del diente que dan origen a la caries. Desde la última parte del siglo XX, ya se consideraba a Streptococcus mutans como el agente etiológico principal de la caries; no obstante, otras especies bacterianas pleomórficas y bacilares como Actinomyces israelii, Actinomyces naeslundii y Lactobacillus acidophilus, también han sido asociadas con la iniciación y progreso de la misma. La caries presenta una flora específica, conforme se establece y progresa de lesión inicial, a moderada y después a severa. Las evidencias científicas acumuladas sobre la etiología de la caries han demostrado que el proceso cariogénico no es iniciado por un solo microorganismo, sino por un grupo de especies bacterianas específicas que guardan una estrecha relación con la dieta alta en azúcares. Dentro de dichas especies se incluyen Streptococcus del grupo mutans, las cuales secretan sustancias acídicas capaces de destruir las estructuras dentales, como el esmalte, la dentina y el cemento radicular. A pesar de que se conoce la relación que existe entre la presencia de ciertas cepas de S. mutans y el desarrollo de la caries, diferentes estudios han demostrado que los procesos cariogénicos pueden iniciarse en ausencia de dicha especie. Lo anterior indica que, mientras que la detección de S. mutans representa un factor de riesgo para presentar la caries, su presencia no es indispensable para que ocurra la enfermedad. A la fecha, se reconoce que otras especies principalmente de los géneros Lactobacillus, Actinomyces, Bifidobacterium, Veillonella, Propionibacterium y Atopobium pueden también jugar un papel importante en los procesos cariogénicos, incluso en ausencia de S. mutans. ESPECIES BACTERIANAS RELACIONADAS CON LA CARIES El cuadro 6-1 presenta la diversidad de géneros y especies bacterianas que han sido relacionadas con distintos tipos de caries dental. Cuadro 6-1. Géneros y especies bacterianas relacionadas con distintos tipos de caries dental. Los grupos bacterianos se encuentran agrupados de acuerdo a su rama filogenética o Phylum Actinobacteria Bacteroidetes Firmicutes Iniciación Actinomyces sp. Bifidobacterium sp. Streptococcus sp. Veillonella sp. Lactobacillus sp. Caries severa Actinomyces gerencseriae Scardovia wiggsiae Streptococcus cristatus Granulicatella elegans Veillonella sp. Progresión Propionibacterium sp. Prevotella histicola Prevotella multisaccharivorax Lactobacillus gasseri Lactobacillus salivarius Selenomonas clona EY04 Caries del adulto Actinomyces sp. Atopobium sp. Bifidobacterium sp. Propionibacterium sp. Olsenella profusa Rothia dentocariosa Prevotella sp. Streptococcus mutans Selenomonas sp. Dialister sp. Eubacterium sp. Pseudoramibacter alactolyticus Lactobacillus sp. Enterococcus faecalis Fusobacteria Proteobacteria Referencias Sarkonen et al., 2000, Becker et al., 2002. Leptotrichia clona GT018 Neisseria flavescens Campylobacter showae Kanasi et al., 2010, Tanner et al., 2011, Beighton, 2005, Munson et al., 2004. Campylobacter gracilis Aas et al., 2008, Yang et al., 2012, Shimada et al., 2015. Chhour et al., 2005, Munson et al., 2004, Preza et al., 2008. Iniciación de la caries La colonización microbiana en la cavidad oral se ha atribuido a las ‘ventanas de infectividad’ de cada individuo. Estas ventanas se establecen por la exposición a determinada microbiota desde el nacimiento, durante las cuales se adquieren determinados microorganismos a ciertas edades de la infancia, pero no así en una edad adulta. Asimismo, se ha demostrado que dicha flora se adquiere de la madre o el principal cuidador en edades tempranas.1,2,3 Los primeros estudios que evaluaron niveles bacterianos en infantes recién nacidos, hasta los 46 meses de edad, describieron que la adquisición inicial de Streptococcus mutans (figura 6-1) se da a los 38 meses, comenzando con una ventana de infectividad muy discreta a una edad promedio de 26 meses y estrechamente relacionada con los niveles de S. mutans de la madre.1,2 Figura 6-1. Streptococcus mutans. A. Morfología de colonia con luz incidente (4x). B. Morfología de colonia con luz transmitida (4x). Estudios similares que evaluaron la microbiota de recién nacidos y de infantes de hasta 46 meses de edad describieron que la adquisición inicial de Streptococcus sanguinis (figura 6-2) no prevalece en los infantes antes de la erupción de los dientes deciduos. Esto ocurre durante una discreta ventana de colonización de S. sanguinis, alrededor de los nueve meses que es precedida por S. mutans a los 26 meses en promedio.2,3 Se conoce que los niveles de S. sanguinis disminuyen conforme aumentaba la edad y lo contrario ocurre con los niveles de S. mutans, lo cual las convierte en especies que compiten por la colonización de la superficie dental.2,3,4, Figura 6-2. Streptococcus sanguinis. Microscopía electrónica de barrido (20,000x). En otro estudio se describió la colonización de especies de Actinomyces (figura 63) en infantes y su relación con la caries en dientes deciduos. La adquisición temprana de Actinomyces odontolyticus (figura 6-4), en las superficies de la mucosa oral, aumentó de los 2 a los 6 meses de edad. Sin embargo, la colonización de otras especies de Actinomyces se volvió más compleja conforme ocurría la erupción dental en los infantes. A. naeslundii (figura 6-5) fue la segunda especie identificada con mayor frecuencia a partir del primer año de vida, colonizando junto con Actinomyces viscosus (figura 6-6) y Actinomyces gerencseriae (figura 6-7).5 Figura 6-3. Género Actinomyces. A. A. israelii: Morfología de colonia (4x). B. A. gerencseriae: Interferencia diferencial de Nomarski (100x). C. A. naeslundii: Campo claro con tinción de Gram (100x). D. A. viscosus: Campo claro con tinción de Gram (100x). E. A. georgiae: Interferencia diferencial de Nomarski (100x). F. A. odontolyticus: Microscopía electrónica de barrido (30,000x). Figura 6-4. Actinomyces odontolyticus. Campo claro con tinción de Gram (100x). Figura 6-5. Actinomyces naeslundii. Microscopía electrónica de barrido (30,000x). Figura 6-6. Actinomyces viscosus. A. Morfología de colonia (4x). B. Interferencia diferencial de Nomarski (100x). Figura 6-7. Actinomyces gerencseriae. A. Morfología de colonia (4x). B. Campo obscuro (100x). Mediante técnicas de identificación molecular, se ha podido identificar la microbiota relacionada a caries de la infancia. S. sanguinis ha sido asociado con estados de salud oral (no caries/no periodontitis). Mientras que especies como A. gerencseriae, Bifidobacterium sp. (figura 6-8), S. mutans, Veillonella sp. (figura 69), Streptococcus salivarius, Streptococcus constellatus, Streptococcus parasanguinis y Lactobacillus fermentum, han sido asociados con caries de la infancia. Específicamente, A. gerencseriae es considerada una especie importante en la iniciación de la caries, y se sospecha que el género Bifidobacterium podría también estar involucrado en procesos de caries profunda.6 Figura 6-8. Género Bifidobacterium. A. B. dentium: Campo obscuro (100x). B. B. dentium: Interferencia diferencial de Nomarski (100x). C. Mogibacterium pumilum (antes B. adolescentis): Campo claro con tinción de Gram (100x). D. M. Pumilum: Morfología de colonia (4x). Figura 6-9. Veillonella parvula. Campo claro con tinción de Gram (100x). Caries severa de la infancia La caries dental severa de la infancia tiene una implicación clínica de gran importancia, ya que no sólo comprende la dentición primaria, sino que es extensiva para la dentición permanente.7 En los primeros estudios realizados por medio de técnicas moleculares donde se evaluaron muestras de placa dentobacteriana de niños con caries severa, se identificaron alrededor de 139 especies dónde los grupos taxonómicos más frecuentes fueron: Granulicatella elegans, Veillonella sp. HOT-780, Veillonella atypica, Neisseria flavescens y Campylobacter showae (figura 6-10).8 En otro estudio realizado con cultivos bacterianos y secuenciación por clonación, las especies más frecuentemente relacionadas con caries severa de infantes fueron: S. mutans, Scardovia wiggsiae, Veillonella parvula, Streptococcus cristatus y A. gerencseriae.9 Figura 6-10. Campylobacter showae. A. Campo claro con tinción de Gram (100x). B. Microscopía electrónica de barrido (30,000x). Fisiológicamente, las especies de Veillonella utilizan lactato como fuente de carbono, su asociación con la caries dental, sugiere una relación simbiótica con S. mutans, debido al ambiente rico en ácido láctico, derivado del metabolismo de esta especie.8 Por otro lado, la especie S. wiggsiae, ha sido relacionada con la caries severa de la infancia junto con S. mutans y en caries profundas de adultos.10,11 Progresión de la caries Los perfiles microbiológicos de la caries se pueden diferenciar tanto en dentición primaria como en secundaria, e inclusive en lesiones activas o también llamadas profundas que involucran la dentina. La hipótesis de la caries dependiente de la ecología de la placa dentobacteriana, sugiere que la caries es el resultado del desbalance entre la microflora residente derivada de los cambios locales y factores de predisposición que varían de individuo a individuo. Diversas especies bacterianas pueden participar en el proceso carioso; no obstante, es difícil determinar los microorganismos involucrados en la progresión de la caries si no son consideradas otras variables de predisposición como la dieta u otros factores.12,13 Especies de los géneros Veillonella, Lactobacillus, Bifidobacterium, Propionibacterium, Actinomyces, Atopobium y Prevotella (figura 6-11), parecen jugar un papel importante en la progresión de la caries.14,15 Específicamente especies como Prevotella histicola y Prevotella multisaccharivorax se han identificado en lesiones cariosas en dentina de sujetos con pH salival ácido.16 Ciertas especies de Lactobacillus parecen tener una influencia sobre lesiones cariosas con extensión a dentina, como Lactobacillus gasseri y Lactobacillus salivarius, que se han encontrado estrechamente relacionadas con la progresión de la caries.13 Figura 6-11. Prevotella intermedia. A. Campo claro con tinción de Gram (100x). B. Microscopía electrónica de barrido (20,000x). También se ha descrito la presencia de S. mutans en altos niveles en lesiones cariosas de dientes primarios, junto con especies de Corynebacterium clona AK153 y A. gerencseriae. Mientras que en dientes permanentes de sujetos jóvenes con caries, la flora predominante han sido de especies del género Propionibacterium, Leptotrichia clona GT018, Campylobacter gracilis (figura 6-12) y Selenomonas clona EY04.14 Figura 6-12. Campylobacter gracilis. A. Campo claro con tinción de Gram (100x). B. Microscopía electrónica de barrido (30,000x). Caries del adulto La población adulta es un foco importante de caries radiculares debido a las zonas de dentina expuesta y la acumulación de placa dentobacteriana. La diversidad de la microbiota en caries radicular y caries del adulto ha sido ampliamente estudiada. Alrededor de 245 especies han sido identificadas en caries de adultos, de las cuales, especies de los géneros Atopobium, Actinomyces, Prevotella, Selenomonas, Dialister, Fusobacterium (figura 6-13), Eubacterium (figura 6-14), Olsenella, Bifidobacterium, Propionibacterium, y Pseudoramibacter han sido encontradas con mayor frecuencia en este tipo de lesiones. Es importante mencionar que alrededor del 50% de las especies detectadas en las lesiones con caries en adultos, hasta la fecha continúan siendo especies no-cultivables.17,18 Figura 6-13. Género Fusobacterium. A. F. nucleatum: Morfología de colonia (4x). B. F. periodonticum: Morfología de colonia (4x). Figura 6-14. Eubacterium saburreum. A. Campo claro con tinción de Gram (100x). B. Microscopía electrónica de barrido (30,000x). En otro estudio se analizaron muestras de caries con dentina involucrada provenientes de individuos entre 24 y 79 años de edad. Los resultados mostraron que los grupos taxonómicos predominantes por cultivo anaerobio fueron Propionibacterium (18%), Olsenella profusa (14%), y Lactobacillus rhamnosus (8%). Mientras que los grupos predominantes por identificación molecular fueron S. mutans (16%), Lactobacillus gasseri/johnsonii (13%) y L. rhamnosus (8%).11 Por medio de secuenciación de la fracción 16S rRNA se analizaron muestras de placa supragingival de raíces con y sin caries en adultos. Los géneros y especies más frecuentemente identificados en las muestras de caries radicular fueron Actinomyces sp., Lactobacillus sp., S. mutans, Enterococcus faecalis, Selenomonas sp. clona CS002, Atopobium sp., Olsenella sp., Pseudoramibacter alactolyticus y Propionibacterium sp. FMA5. En contraste, especies de los géneros Selenomonas, Veillonella, Leptotrichia, así como Fusobacterium nucleatum (figura 6-15), Selenomonas noxia, S. cristatus y Kingella oralis, fueron colonizadores característicos de las superficies radiculares sin caries.18 Figura 6-15. Fusobacterium nucleatum. Interferencia diferencial de Nomarski (100x). TERAPIAS PREVENTIVAS CONTRA LA CARIES DENTAL En la actualidad existen diversas terapias preventivas para contrarrestar la caries, tales como: técnicas de higiene oral, aplicación de fluoruro en diversas presentaciones, e inclusive índices microbiológicos de predisposición para dicha infección; sin embargo, la caries sigue prevaleciendo altamente a nivel mundial. En México, el “Sistema de Vigilancia Epidemiológica de Patologías Bucales (SIVEPAB)”, reportó en el año 2013, una prevalencia de caries dental del 94.9% en la población mexicana, encontrándose que en todos los grupos de edad fue superior al 87%, pero en la población de mayor a 40 años se presentó una prevalencia superior al 97%.19 Las enfermedades infecciosas han sido por mucho tiempo controladas por medio de la inmunización. La caries no es la excepción, a la fecha, se han desarrollado vacunas tanto activas como pasivas contra S. mutans, ya que sigue siendo el microorganismo blanco de elección. Las primeras terapias de inmunización contra la caries, demostraron que a través de la administración intravenosa de S. mutans en chimpancés, se desarrollaba una disminución de la infección. A pesar de no tener bases inmunológicas, comprendían los investigadores que los niveles bacterianos podían ser controlados de ese modo.20 Entre las terapias de inmunización diseñadas actualmente, existen diversos componentes de S. mutans que participan en su adhesión así como en la formación y unión a glucanos, que solos o en combinación se ha mostrado que causan efectos inhibitorios de caries en animales de experimentación.21 Por ejemplo, la inactivación por inserción de glucosiltransferasas que codifican enzimas que sintetizan glucanos insolubles (gtfB y gtfC) y solubles (gtfD).22 Asimismo, se han encontrado efectos preventivos de la caries dental, con la aplicación de proteínas intactas derivadas de la síntesis de péptidos recombinantes y de vacunas de DNA que codifican fragmentos antigénicos de S. mutans.21 Las proteínas de adhesión de antígeno I/II de S. mutans son un ejemplo de inmunización por medio de antígenos recombinantes de la porción central de adhesión de dichas proteínas.22 Por otro lado, terapias pasivas inmunológicas también han sido diseñadas como suplementos en la dieta con anticuerpos policlonales IgG o IgY contra la glucosiltransferasa, glucanos de unión a proteínas y agentes transgénicos monoclonales específicos para antígenos de superficie de S. mutans, las cuales han reducido de manera considerable la caries en animales de experimentación.21 El incremento en anticuerpos IgA salivales en infantes, también ha sido aceptado como terapia coadyuvante, ya que evita la colonización de S. mutans. Los infantes entre el primer y tercer año de edad, son competentes inmunológicamente a nivel de la mucosa oral. Con frecuencia, antes de los 18 meses no han sido infectados con Streptococcus del grupo mutans, ya que la ventana de colonización de dichos microorganismos es entre los 18 y 36 meses de edad. Por lo tanto, no han creado anticuerpos para antígenos de glucosiltransferasa, lo cual hace factible poder inmunizar a los infantes de esa edad para conseguir un efecto preventivo contra la colonización de dichas especies.23 En general, los individuos con bajos o nulos niveles de Streptococcus del grupo mutans en una edad temprana, cursan con mejor salud dental en la edad madura.21 Desde el siglo pasado se han desarrollado terapias de remplazo bacteriano, las cuales consisten en la inoculación de especies microbianas inocuas para evitar la colonización de especies relacionadas con la caries dental. El objetivo de dichas terapias es favorecer la colonización con microorganismos que no influyen en la severidad de la caries, pero que sean colonizadores persistentes en el tejido del huésped susceptible a una infección específica. En el caso de la caries dental, se ha encontrado que diversos tipos de S. mutans que producen bajas cantidades de ácidos y variantes naturales de S. salivarius, no son cariogénicos. Varios estudios han demostrado que estas especies pueden estar presentes en ratones de laboratorio sin causar caries. Una vez infectados con este tipo de S. mutans, los animales de experimentación comienzan a ser más resistentes a la caries. La terapia de remplazo promueve una gran resistencia a la infección por especies cariogénicas al ser estas sustituidas por cepas inocuas y no-cariogénicas para el huésped.24 Otra alternativa en la terapéutica contra la caries, se ha enfocado en la generación de cepas de S. mutans modificadas genéticamente con constructos carentes de lactato deshidrogenasa. Con esta terapia se espera que se produzca una menor cantidad de ácido láctico que las células nativas de dicha especie, promoviendo así una disminución en el desarrollo de la caries dental.25 Las terapias de reemplazo más recientes se han enfocado en desarrollar especies de S. mutans con modificaciones genéticas (A2JM), que reducen de manera significativa la caries en animales de experimentación. Las modificaciones de A2JM consisten en mutaciones en la biosíntesis del gen d-alanina (péptido indispensable para la síntesis del peptidoglicano) promoviendo de esta manera la disminución en la colonización de S. mutans, así como la modificación de otras especies bacterianas cariogénicas.26 Sin embargo, tomando en consideración que S. mutans no es el único agente causal de la caries, y que existen otros microorganismos acidogénicos involucrados en la progresión del proceso carioso,21 queda la incertidumbre de la efectividad de los tratamientos enfocados únicamente en dicha especie. De ahí la inquietud de encontrar terapias de remplazo y tratamientos para evitar la colonización de una gama amplia de especies relacionadas con la patogenicidad de la caries a una edad temprana en los infantes, inclusive previo a su dentición.27 CONCLUSIONES La microbiota relacionada con caries se encuentra determinada por las “ventanas de infectividad” de cada individuo, establecidas por la exposición a distintos microorganismos, desde el nacimiento y hasta ciertas edades, como es la ventana de infectividad de S. mutans que se establece entre los 26 y 38 meses de edad. Gracias a técnicas de identificación molecular se han encontrado asociaciones de especies bacterianas y distintos tipos de caries como A. gerencseriae, considerada como una especie que participa en la iniciación de la caries y Bifidobacterium involucrada en caries profunda. La relación entre especies involucradas en caries dental severa, refleja un ambiente rico en productos bacterianos como es el ácido láctico derivado del metabolismo de especies como S. mutans, en el que se dan relaciones simbióticas, por ejemplo, con especies del género Veillonella. Debido a que la ventana de colonización de los microorganismos cariogénicos se encuentra entre los 18 y 36 meses de edad, los infantes no han creado anticuerpos para antígenos de glucosiltransferasa, lo cual hace factible poder inmunizarlos o aplicar terapias de remplazo, esto como un efecto preventivo de colonización para S. mutans y otras especies potencialmente cariogénicas. Los autores agradecen el apoyo para la obtención de las imágenes fotográficas al proyecto UNAM-PAPIME # PE202406. Referencias 1. Caufield PW, Cutter GR, Dasanayake AP: Initial acquisition of mutans streptococci by infants: evidence for a discrete window of infectivity. J Dent Res 1993;72:37-45. 2. 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Los hongos microscópicos tienen un tamaño intermedio entre las células de mamífero y las bacterias, con un diámetro de alrededor de 3 a 6 µm. Estos microorganismos tienen una función muy importante en diversas áreas, como la industria farmacéutica, específicamente en la obtención de antibióticos y también en la industria de alimentos, ya que ellos mismos pueden ser fuente de alimentos como las setas y de su manipulación también se puede obtener pan, cerveza y otros productos comestibles.1 La mayoría de hongos microscópicos presentes en el ser humano pueden coexistir formando parte de la microbiota residente, y de hecho, cada vez se reconoce más su importancia en la homeostasis del organismo. Esto se debe, a que en conjunto con otros microorganismos, como bacterias y virus, son importantes para el desarrollo y maduración apropiada de las defensas innatas y adaptativas del organismo.2 En la cavidad oral de individuos sanos se han identificado presentes más de 75 tipos distintos de hongos, siendo los géneros Candida, Cladosporium, Aureobasidium, Aspergillus y Malassezia los más abundantes, constituyendo al denominado micobioma oral.2 Sin embargo, también se reconoce que cambios en el ecosistema oral o en el sistema inmune, pueden hacer que un hongo que habitaba de manera normal la cavidad oral, transite hacia un estado de virulencia o disbiosis.3 CARACTERÍSTICAS Y MORFOLOGÍA CELULAR DE LOS HONGOS Los hongos son organismos eucariotes, heterotrófos, que tienen paredes celulares con diferente composición que las paredes celulares bacterianas. Su reproducción es asexual en la mayoría de los casos, aunque algunos también tienen la capacidad de llevar a cabo reproducción sexual. Tienen una pared celular rica en quitina, βglucanos y una membrana plasmática que contiene esterol, específicamente de tipo ergosterol (figura 7-1). Algunas especies de hongos como Cryptococcus neoformans se caracterizan además por la presencia de una cápsula alrededor de la célula.1 Figura 7-1. Composición de la membrana y pared celular de los hongos. Varios hongos también son dimórficos, es decir, bajo ciertas circunstancias pueden presentar una estructura ovoidal llamada levadura, y en otras pueden formar estructuras de forma filamentosa denominadas hifas o pseudohifas (figura 7-2). El crecimiento de los hongos cuando forman hifas, se suele denominar moho.1 Se le llama tubo germinal a la estructura emergente inicial que da lugar a la formación de las hifas o pseudohifas y éstas consisten de prolongaciones de cadenas de células cilíndricas inidividuales, divididas por paredes denominadas septum o tabique, en el caso de las hifas. Cuando no existe esta franca separación se denomina a las estructuras pseudohifas. Ambas pueden dar salidas laterales para formar esteras micelares o micelios (figura 7-3). En las placas de cultivo, las colonias de hongos suelen ser más grandes que las bacterianas; en su forma de levadura, las colonias presentan color cremoso o rojo (aunque puede variar tanto color y forma) y son lisas con bordes bien definidos. En su forma de hifa, las colonias suelen crecer dando una apariencia “peluda”.1 Figura 7-2. Diferencia entre las morfología de la célula en levadura y en forma filamentosa (hifa y seudohifa). Figura 7-3. Germinación a partir de una espora para conformar el tubo germinal y luego las hifas separadas por tabiques (parte superior) y salidas laterales que dan lugar a los micelios (parte inferior). Formación de esporas La formación de esporas por parte de los hongos se puede dar como resultado de la reproducción tanto sexual como asexual. En esta última ocurre la mitosis y una escición citoplásmica, lo que da lugar a un esporangio y a su vez a una espora. Las conidias son ejemplo de propágulos o esporas asexuales, que se encuentran sostenidas en la punta de la hifa.1,4 Por su parte, en la reproducción sexual, después del fenómeno de meiosis se forma una espora sexual. Algunos ejemplos de este tipo de esporas sexuales son las ascosporas, basidiosporas y zigosporas, denominadas así por la estructura en la que se forman. Sin embargo, las esporas sexuales difícilmente se aíslan en la clínica, ya que la mayoría de hongos patogénicos son heterotálicos; es decir, que requieren de dos parejas compatibles para producir esporas sexuales.1 Una vez que se han formado las esporas, estas pueden diseminarse por diferentes medios (agua, aire), constituyendo a agentes infecciosos para los seres humanos y los animales.8 ENFERMEDADES ORALES CAUSADAS POR HONGOS Algunos hongos, a pesar de habitar de manera natural al cuerpo humano (simbiontes, comensales), pueden causar enfermedades sistémicas, alergias y también afecciones a nivel cutáneo, subcutáneo y superficial (figura 7-4).1 Uno de los lugares donde se pueden presentar estas alteraciones fúngicas es en la cavidad oral, causando micosis orales. El género Candida es el más relacionado con este tipo de enfermedades, aunque también pueden presentarse infecciones causadas por otros géneros como Aspergillus, Criptococcus e Histoplasma (cuadro 7-1). Estas infecciones pueden ser favorecidas por diferentes eventos como la transición de levadura a hifa, inmunosupresión del huésped, alteraciones en el flujo y composición de la saliva, etc.4 Figura 7-4. Parte superior: transición de la forma de levadura hacia la hifal que hace posible la expresión de factores de virulencia relacionados con la supervivencia, invasión y daño del tejido mucoso/epitelial superficial. Parte inferior: esta transición implica pasar de una simbiosis (comensalismo) a un estado disbiótico (hifal) donde existe una pérdida de las respuestas inmunitarias del huésped y por tanto se propicia el establecimiento de la candidiasis. Cuadro 7-1. Principales géneros de hongos que pueden causar micosis orales Hongos que pueden causar enfermedades orales Candida Aspergillus Cryptococcus Histoplasma Blastomyces Paracoccidioides Mucoraceae Género Candida Este hongo es un habitante natural (comensal) de la cavidad oral, aunque también es la principal especie relacionada con las micosis orales en el ser humano.5 Se ha descrito que puede formar parte de las biopelículas orales, interaccionando con bacterias como Streptococcus oralis, Lactobacillus sp., Enterococcus sp., y Staphylococcus sp.. Estas relaciones pueden ser tanto sinérgicas como antagónicas, ya que puede promover fenómenos como la coadhesión, y por otro lado, bacterias orales pueden liberar moléculas de Quorum sensing y metabolitos que tienen la capacidad de reducir tanto el crecimiento de Candida, como la expresión genética de factores relacionados con la virulencia de este hongo (cuadro 7-2).5 Las especies de Candida crecen de manera unicelular en forma de levadura, pero C. albicans es capaz de transitar hacia morfologías hifales y pseudohifales (previa formación del tubo germinal), y también pueden formar clamidosporas.6 Cuadro 7-2. Factores de virulencia de Candida albicans Adherencia Hidrofobicidad de la superficie celular que le confiere adherencia inespecífica Expresión de adhesinas de superficie celular que le confiere unión específica Evasión de las defensas del huésped Transición fenotípica, lo que implica la modificación de antígeno reconocido por el sistema inmunitario Desarrollo de hifas, lo que reduce la capacidad de fagocitosis por parte de las células inmunitarias Producción de aspartil proteinasa, que degrada a las IgA secretadas Unión a proteínas del sistema del complemento, lo que permite ocultar a los antígenos Candidiasis orales Son un grupo de infecciones micóticas causadas y asociadas a los hongos del género Candida. La candidiasis oral se divide en dos categorías generales: candidiasis oral primaria y candidiasis oral secundaria (figura 7-5).5 Figura 7-5. Esquema general de la Candidiasis oral, primaria y secundaria. En el caso de la candidiasis oral primaria, las infecciones están restringidas a los tejidos orales y periorales, se considera secundaria cuando dichas lesiones son manifestaciones de infecciones candidiásicas sistémicas generalizadas, resultado de enfermedades que inmunocomprometen al organismo (p. ej., VIH/SIDA, aplasia atímica o agranulocitosis).6 El patógeno primario causante de la candidiasis por lo general es la especie de C. albicans, pero también se ha reportado otras especies de Candida como C. tropicalis, C.glabrata, C.krusei, C. parapsilosis, C. guillermondii y C. dubliniensis, que pueden causar estas micosis, aunque en menor proporción.7 La patogenicidad de este hongo está relacionada con su transición de levadura a hifa, donde la formación de los tubos germinales juega un papel crucial en esta capacidad (véase figura 7-4).5,8 Ambas morfologías (levadura e hifa) están presentes en las biopelículas encontradas sobre las superficies mucosas de candidiasis oral y orofaríngea. Aunque este tipo de infecciones por lo general no son letales, si tienen una alta morbilidad, pues llegan a causar incomodidad bucal, dolor, disgeusia y aversión a la comida.5,6 Entre las diferentes lesiones que pueden aparecer durante la candidiasis oral primaria se encuentran tres variantes principales: candidiasis pseudomembranosa, eritematosa e hiperplásica (también denominada por algunos autores como nodular o parecida a placa), así como un grupo de lesiones asociadas a Candida (cuadro 73).5,6 Tabla 7-3. Tipos de candidiasis orales Candidiasis oral Formas agudas* Seudomembranosa Eritematosa Formas crónicas* Hiperplásica (nodular/parecida a placa) Eritematosa Lesiones relacionadas con Candida Estomatitis protésica Queilitis angular Glositis romboidea media Eritema gingival lineal *Se establece que por lo general, pero no estrictamente, los diferentes subtipos de candidiasis oral se presentan en forma aguda o crónica, según se indica. Candidiasis pseudomembranosa La candidiasis pseudomembranosa (también conocida coloquialmente como algodoncillo) tiene como característica clínica el estar constituida por placas o parches de color blanco-cremoso, no adherentes, que son removidos con facilidad por medio de un abatelengua o espejo bucal. Los sitios afectados por esta infección son la mucosa bucal y labial, paladar blando, borde de la lengua, orofaringe y encía. Cuando se remueven las placas, se revela una zona mucosa eritematosa y erosiva por lo regular indolora.5,6 El análisis microscópico de dichas placas revela que consisten en una mezcla de hifas y levaduras entramadas con células epiteliales descamadas, contenido de fibrina, queratina, debris necrótico y bacterias. Algunos autores mencionan que las lesiones que se encuentran por debajo del parche o placa, pueden ser sangrantes; no obstante, esto es erróneo, ya que las hifas difícilmente invaden más allá de los estratos epiteliales superficiales (figura 7-4). En caso de que esta característica este presente se debe establecer diagnóstico diferencial con otras entidades como liquen plano erosivo y/o pénfigo.5,6 En ocasiones este tipo de lesiones por Candida suelen ser indicador de enfermedades sistémicas como diabetes, leucemia, VIH/SIDA y del uso de corticoesteroides inhalados. Pero también también afectan a las personas en los extremos de la vida, presentándose en alrededor del 5% de los recién nacidos y el 10% de sujetos adultos mayores. El diagnóstico clínico se puede confirmar con frotis y tinción– utilizando la técnica de Schiff- o por medio de cultivos (Agar Sabourad), los cuales pueden ser útiles para determinar que especies están involucradas y la terapéutica a seguir.5,9,10 Candidiasis eritematosa La candidiasis eritematosa se trata de una lesión fúngica que tiene como característica clínica el ser un parche o parches rojizos ubicados en la parte posterior del dorso de la lengua, del paladar o de la mucosa bucal. Es mucho más frecuente que la candidiasis pseudomembranosa; sin embargo, en ocasiones es asintomática y comparativamente no tiene tan connotadas características por lo que suele pasar desapercibida para el clínico. Se subdivide en candidiasis eritematosa aguda o crónica.5,7,9 La forma aguda de esta infección también se denomina candidiasis atrófica aguda y la forma la crónica suele ocurrir en la mucosa palatina debajo de dentaduras parciales, o completas, existiendo una definida demarcación entre los tejidos afectados de los que no lo están. Como auxiliar al diagnóstico clínico se puede realizar frotis y tinción o cultivo en Agar Sabourad.5,7,9 Esta micosis se asocia a enfermedades como VIH/SIDA, al consumo de corticosteroides y al uso crónico de antibióticos de amplio espectro como la tetraciclina, ya que al disminuir la carga bacteriana, se facilita el crecimiento del hongo al reducir la competencia interespecífica en el ecosistema oral. En estos casos (relacionada al consumo de antibióticos) su presentación clínica es más difusa, el sujeto suele referir sensación de “escaldado y quemado” y en la lengua suele ser más notorio debido a la pérdida de papilas filiformes. Al término de la antibioticoterapia desaparece también esta afección (razón por la cual, antes se le denominaba legua dolorosa antibiótica).5,7,9 Candidiasis hiperplásica crónica (en placa/ nodular) También denominada candidiasis leucoplásica. Esta infección fúngica presenta lesiones interrumpidas, discretas, elevadas que varían desde ser pequeñas áreas blanquecinas palpables y translucidas hasta constituir placas grandes, densas y opacas con áreas duras y ásperas a la palpación. Asimismo, estas lesiones no se remueven al manipularse y ocurren en el área de las comisuras, en la superficie del carrillo de manera uni o bilateral. El 15% de estas lesiones se asocia con el desarrollo de una neoplasia maligna, por lo que se suele dar vigilancia y seguimiento a las mismas.5,11 Como coadyuvante al diagnóstico se puede realizar análisis histopatológico, donde se observan hifas acompañadas de epitelio hiperplásico e infiltrado inflamatorio. Algunos factores etiológicos locales como humo de tabaco y uso de dentaduras postizas pueden predisponer a su aparición.5,11 Otras lesiones asociadas a Candida Estas alteraciones pueden tener una etiólogica relacionada con la infección fúngica o debido a otros agentes etiológicos como las bacterias. Constituyendo a este grupo se encuentran lesiones como queilitis angular, estomatitis por dentadura (candidiasis eritematosa crónica), glositis romboidal medial y eritema gingival lineal.5 Relación de C. albicans con la caries dental y la enfermedad periodontal Existe evidencia de la participación de C. albicans en el desarrollo de enfermedades orales como caries y enfermedad periodontal, debido a su interacción con ciertas especies bacterianas.6,12 En lesiones de caries tempranas en niños se ha encontrado la presencia de bacterias como S. mutans, S. sobrinus en conjunto con C. albicans (en su forma de levadura).13 En el caso de la enfermedad periodontal, se ha establecido que los factores de virulencia de C. albicans pueden incrementar la proliferación de microorganismos periodontopatógenos, permitiendo su penetración a los tejidos subgingivales.14 Sin embargo, el papel de C. albicans en el establecimiento de estas enfermedades orales aún se encuentra en etapas muy tempranas de investigación. INFECCIONES FÚNGICAS POCO COMUNES EN CAVIDAD ORAL Además de las infecciones por Candida, también pueden ocurrir otras infecciones oportunistas orales fúngicas menos comunes que conducen a micosis como: aspergilosis, criptococcosis, blastomicosis, histoplasmosis, paracoccidioidomicosis y mucormicosis. Este tipo de infecciones se suelen denominar infecciones micóticas exóticas en cavidad oral.5 Aspergilosis Es la segunda infección micótica oportunista más común después de la candidiasis. El hongo causante de dicha micosis pertenece al género Aspergillus y la especie A. fumigatus se considera el agente etiológico más común. Estos patógenos suelen adquirirse por la inhalación de sus esporas, lo que conduce a la infección broncopulmonar y de ahí puede diseminarse hacia el cerebro, hueso y endocardio. La infección invasiva por este tipo de hongos, tiene una alta morbilidad y mortalidad.15,16 La aspergilosis orofacial suele manifestarse en pacientes con neoplasias sanguíneas y de órganos hematopoyéticos y puede involucrar estructuras adyacentes como fosas nasales, senos paranasales y piel de la cara. La infección en la cavidad oral, es poco común, pero cuando sucede se caracteriza por la aparición de lesiones negras o amarillentas con una base necrótica ulcerada, por lo general en la región del paladar o en la parte posterior de la lengua. Las hifas de dicho hongo suelen invadir la mucosa oral y pueden llegar a penetrar arterias y venas de pequeño y mediano calibre, lo que contribuye al desarrollo de trombosis, necrosis, infarto y diseminación sistémica.15,16 El diagnóstico se da mediante cultivo o frotis, seguido tinción mediante la técnica de Schiff, estableciendo un diagnóstico diferencial con infección por hongos del género Mucor y bacterias del género Pseudomonas.15,16 Criptococcosis Es una infección rara causada por Cryptococcus neoformans o Cryptococcus gatti, los cuales son hongos encapsulados. Además de dicho recubrimiento de polisacárido, estos hongos presentan otras características como la producción de melanina, que les pueden brindar protección contra su degradación por medio de fenómenos como la fagocitosis. En cavidad oral se establece como una infección oportunista relacionada con la presencia de VIH/SIDA y se caracteriza por la presencia de úlceras superficiales, nódulos violáceos, granulomas, senos drenantes y lesiones que parecen cancerosas.4 El diagnóstico depende del aislamiento a partir de la muestra tomada, que puede ser por biopsia de las lesiones y se hace diagnóstico diferencial con COCE (carcinoma oral de células escamosas), tuberculosis y úlcera traumática.4 Histoplasmosis Ésta puede ser por infección primaria o secundaria derivada a partir de infecciones pulmonares causada por el hongo Histoplasma capsulatum (saprófito o dimórfico). Su transmisión se da por la inhalación de esporas.4,17 En la cavidad oral se presenta en tres formas: aguda, crónica y diseminada progresiva, con una ocurrencia muy variable al igual que su presentación mucocutánea. Pueden tener apariencia parecida a carcinoma escamocelular y para establecer el diagnóstico es necesaria la evaluación exhaustiva de la historia clínica y la toma de biopsia. Se ha reportado que también se observa en pacientes inmunodeprimidos como aquellos con VIH/SIDA.4,17 Blastomicosis Es causada por Blastomyces dermatiditis y se considera una infección crónica. Los signos tempranos de esta lesión se suelen manifestar en el tejido gingival.5 Debido a que comparte signos y síntomas con la tuberculosis se debe hacer un diagnóstico diferencial. Las lesiones orales causadas por este hongo, pueden involucrar hueso mandibular y maxilar, así como lesiones ulcerativas, verrugosas, granulomas y proyecciones sésiles.18 Paracoccidioidomicosis Es causada por Paracoccidioides brasiliensis y se trata de una micosis crónica que puede tener asociada lesiones blancas en boca y orofarínge. Ocurre comúnmente en Brasil, aunque también se han reportado casos en México. Las lesiones orales pueden ser granulares y presentarse con ulceración, como resultado tanto de infección primaria como secundaria. Uno de los primeros signos es linfadenopatía y las biopsias suelen mostrar granulomas de células gigantes multinucleadas mezcladas con células inflamatorias.19 Mucormicosis Es una infección asociada con hongos de la familia Mucoraceae, principalmente Rhizopus y Mucor. Existen diferentes enfermedades que se han relacionado con esta condición como cetoacidosis asociada a diabetes,20 malignidades hematológicas,21 quemaduras, malnutrición, uremia, cirrosis hepática, VIH/SIDA, transplante de órganos y en pacientes que reciben quimioterapia.22 Cuando se presenta en cavidad oral suele existir necrosis tisular que puede causar ulceración y perforación palatina. La mucormicosis es rara pero cuando sucede, resulta ser mortal en la mayoría de los casos.15 TRATAMIENTOS FARMACOLÓGICOS DE LAS INFECCIONES POR HONGOS Los antifúngicos o antimicóticos se pueden administrar, ya sea solos o en combinación, como tratamiento tópicos y sistémicos. Dichos medicamentos se dirigen específicamente a esta clase de microorganismos gracias a que inhiben la función o producción de moléculas que no comparten con otras células, como por ejemplo los lípidos de tipo esterol de la membrana plasmática (figura 7-6).23 Figura 7-6. Efecto celular/molecular que inducen los fármacos antimicóticos. Polienos Estas moléculas se caracterizan por tener dobles enlaces conjugados e intercalados en su estructura de macrólido y porque interactuán como los esteroles (ergosterol) de la membrana de los hongos incrementando su permeabilidad celular.24 Los tres polienos comercializados actualmente son: nistatina, anfotericina B y natamicina, y se pueden emplear, ya sea de manera tópica, sistémica o combinada.4,23 Nistatina Tiene una amplia actividad antimicótica con baja toxicidad, aunque por lo general se usa para las infecciones dadas por Candida. Tiene actividad tanto fungicida como fungistática y está disponible en cremas, tabletas, suspensiones, enjuagues orales y geles.23 Anfotericina B Este antimicótico administrado vía sistémica es el pilar para el tratamiento de infecciones que amenazan la vida.23 También se encuentra disponible en presentación tópica para infecciones menos severas, aunque esta presentación no suele ser popular, y por lo tanto, tampoco de primera elección. El efecto sistémico adverso más grave de este medicamento es la nefrotoxicidad y otros efectos menos severos son la hipocalemia y anemia leve. En la actualidad existen formulaciones liposomales que reducen este efecto de nefrotoxicidad.5 Natamicina Este polieno suele ser usado para infecciones por Candida, Cephalosporium, Fusarium y Penicillium. En específico para cavidad oral se encuentran presentaciones en pastillas de lenta disolución y que no se absorben gastrointestinalmente, por lo que suele ser empleado como medicamento para la candidiasis oral. Se ha demostrado que tiene actividad contra las formas de levadura como de hifas.23 Azoles: imidazoles y triazoles Estos antifúngicos están compuestos por anillos orgánicos que contienen dos o tres nitrógenos (imidazoles y triazoles, respectivamente), y que actúan mediante la inhibición de enzimas dependientes del citocromo P450 que están involucradas en la síntesis de los esteroles de membrana. Los triazoles cono el fluoconazol e itraconazol se usan para el tratamiento de ciertas candidiosis cutáneas. Se ha reportado toxicidad hepática por su utilización a largo plazo e incluso interacciones medicamentosas en combinación con ciclosporina, algunos antihistamínicos, anticonvulsionantes e hipoglucemiantes orales.23 5-fluorocitosina Este antifúngico es una molécula análoga a la citosina, que tiene como característica tener un átomo de flúor añadido, modificación por la cual logra inhibir la síntesis de DNA durante la replicación y de RNA, durante la transcripción.23 Su uso está limitado para las especies Candida y C. neoformans, ya que las células fúngicas susceptibles a este fármaco, deben poseer un transportador de citosina denominado permeasa de citosina.24 Futuros tratamientos Como futuros tratamientos es probable el uso de probióticos, proteínas antifúngicas como Histatina-5 (véase capítulo de Saliva y Ecosistema Oral), en combinación con los medicamentos comúnmente usados.6 Asimismo, se encuentran en desarrollo algunos metabolitos, como enumafungin y SCHB, que son inhibidores de la sintasa de glucano 1-3 beta, la cual es la enzima encargada de la síntesis del polisácarido presente en la pared celular de algunas especies de hongos como Candida y Aspergillus.25,26 Referencias 1. 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Este desequilibrio es muy claro en el caso de enfermedades, como la caries y la enfermedad periodontal. El cuerpo humano tiene la capacidad de generar inmunidad, es decir ya no ser vulnerable a ciertos microorganismos que causan enfermedad. Hoy en día, la respuesta inmunológica se ha dividido en inespecífica y específica para su mejor estudio y entendimiento. La respuesta inmunológica inespecífica se conoce como respuesta inmune innata, mientras que la respuesta específica, que se genera ante un patógeno específico, se conoce como respuesta inmune adaptativa. El sistema inmunológico protege de constantes amenazas que pudieran alterar la homeostasis de la ecología en la cavidad oral. Los neutrófilos y la inmunoglobulina A (IgA) son algunos participantes importantes en los mecanismos de protección ante la presencia de microbiota patógena o disbiótica. A continuación, se expondrá la función de varios participantes de la respuesta inmune innata y adaptativa en el mantenimiento de la salud oral. RELACIÓN DEL SISTEMA INMUNOLÓGICO Y LA SALUD DE LA CAVIDAD ORAL Saliva e inmunidad en las mucosas Las glándulas salivales mayores y menores de la cavidad oral secretan de medio a litro y medio de saliva diariamente. La saliva contiene sales, bicarbonato, proteínas y factores antimicrobianos como las mucinas que protegen la mucosa y otras superficies orales,1,2,3 (cuadro 8-1) (véase capítulo 3, Papel de la saliva en el ecosistema oral). Cuadro 8-1. Moléculas antimicrobianas presentes en la cavidad oral Factor Características Función Péptidos antimicrobianos catiónicos Adrenomedulina Péptido catiónico anfipático con sólo un puente disulfuro. Se encuentra en el fluido crevicular y en la saliva Grandes cantidades de este péptido se han reportado en pacientes con periodontitis Catelicidina (LL-37) Son péptidos antimicrobianos de la familia de péptidos de estructura de α hélice sin cisteína y que contienen una región parecida al inhibidor de catepsina L en el carboxilo terminal Producido por monocitos, neutrófilos y células cebadas. Potente antimicrobiano contra bacterias Gram negativas y positivas, hongos, virus y parásitos. Se unen a los lipopolisacáridos de las membranas de las bacterias y forman canales iónicos en sus membranas Defensinas Péptidos cortos, catiónicos, de bajo peso molecular, contienen de 6 a 8 residuos de cisteína que forman de 3 a 4 puentes disulfuro Tienen la capacidad de matar bacterias Gram positivas y negativas, hongos y virus como el herpes simple. Se clasifican en a-, b- y q-, dependiendo de su longitud, localización, y posición de cisteinas Histatinas Familia de 12 péptidos catiónicos de saliva de bajo peso molecular sintetizados por la glándula parótida. Contienen de 7 a 38 residuos de los cuales 12, al menos son de histidina, por eso se les conoce como proteínas ricas en histidina Inhiben el crecimiento de diferentes especies de Candida, también regulan la homeostasis oral y la unión de iones metálicos a la saliva Proteínas adhesivas que median la aglutinación bacteriana Estaterina Es un péptido de bajo peso molecular perteneciente a la familia de las histidina/estaterina. Se localiza tanto en saliva como en fluido crevicular Dificulta el crecimiento de bacterias anaerobias. Retiene cristales de fosfato cálcico, por lo que probablemente tenga un papel protector ante la formación de biopelícula Mucina 7 Glucoproteína salival de 357 residuos. Producida por las células de las glándulas salivales Promueve la aglutinación bacteriana, su concentración es baja en pacientes con periodontitis Aglutinina salival Glucoproteína salival grande, de 340kDa, producida por la glándula parótida Aglutina un gran número de bacterias por sus múltiples repeticiones ricas en cisteína. Su polimorfismo genético se relaciona con alta incidencia de caries Proteína tensoactiva A También llamada sulfactante pertenece a la familia de la colectina y es un componente del sulfactante pulmonar que también se expresa en las glándulas salivales Aglutina bacterias y neutraliza virus mediante residuos de ácido siálico Microglobulina β-2 Aglutina bacterias y su concentración aumenta en pacientes con enfermedad periodontal Proteínas ricas en Son producidas por las glándulas parótidas y prolina submandibulares. El contenido de prolina en estas proteínas es del 25 al 40% Las proteínas grandes promueven la adhesión bacteriana y las proteínas pequeñas antagonizan esta adhesión Fibronectina Se une a las fimbrias de bacterias como P. gingivalis e inhibe la función de las fimbrias. Es decir, la producción de citocinas producidas por macrófagos Glucoproteína de alto peso molecular Quelantes de iones metálicos Calgranulinas Son proteínas que atrapan iones metálicos como Mg2+ y Inhiben la proliferación bacteriana. La producción de calprotectina en el fluido crevicular en Zn2+. pacientes con enfermedad periodontal El dímero de calgranulina A y B se conoce como calprotectina y es producido por neutrófilos, monocitos y queratinocitos Lactoferrina Glucoproteína de 80 kDa producida por células del Fija hierro y bicarbonatos privando a los microorganismos epitelio de la mucosa y neutrófilos. Se secreta a la saliva de estas fuentes. Funciona como bactericida. Su y al fluido crevicular deficiencia se relaciona con la periodontitis agresiva Inhibidores de proteasas Cistatinas Familia de proteínas codificada por al menos 14 genes. Son producidas en la saliva por las glándulas salivares mandibulares y sublinguales Acción antimicrobiana a través de la inhibición de cisteínas de las proteasas bacterianas, que a su vez, inhiben la proliferación y crecimiento bacteriano Inhibidor de proteasa leucocítica Proteína catiónica de 11.7 kDa expresada por queratinocitos. Se secreta a la saliva Efectos antimicrobianos, antimicóticos y antiinflamatorios por su propiedad de proteasa inhibidora de serinas Enzimas que actúan contra la pared celular bacteriana Lisozima Proteína de 14.6 kDa presente en la saliva y el fluido crevicular. Es una muramidasa que hidroliza el enlace glucosídico α(1-4) entre el ácido N-acetilmurámico y los residuos de N-acetilglucosamina en el péptido glucano de la pared celular de bacterias Proteínas de reconocimiento de peptidoglucano Son una familia de proteínas de alto peso molecular (de 90 a 115 kDa). En las glándulas salivales se expresan las de tipo 3 y 4 Promueve la lisis bacteriana. Activa la aglutinación de microorganismos Además, en las glándulas salivales, los linfocitos B se diferencian en células plasmáticas que producen una inmunoglobulina llamada IgA polimérica. Cuando la IgA es secretada, lo hace en forma dimérica y entonces es denominada IgA secretora o s-IgA. Los linfocitos T y B también se encuentran en la encía inflamada. Los linfocitos B se diferencian en células plasmáticas que secretan principalmente IgG, pero también pueden secretar IgM e IgA monomérica.4 La saliva es un medio que facilita la interacción entre la microbiota oral, las células del sistema inmunológico del huésped y los moduladores inmunes secretados por éstas, ya que la saliva cubre todas las superficies orales formando una película protectora tanto en la superficie de los dientes como en la superficie del epitelio oral. Las mucinas son componentes mayoritarios de estas películas, que cubren la superficie de la mucosa como un gel hidratado que protege el epitelio de enzimas secretadas por los microorganismos y de posibles daños mecánicos. Inmunoglobulina A secretora (s-IgA) La IgA sistémica es una molécula monomérica, mientras que la s-IgA es polimérica (principalmente, dimérica). La s-IgA es la principal clase de anticuerpo encontrada en saliva y en otras secreciones y está compuesta de dos o más monómeros de IgA, una cadena J y un componente secretor (SC) (figura 8-1). Cada IgA contiene dos cadenas pesadas y dos cadenas ligeras unidas covalentemente por puentes disulfuro. La cadena J y el componente SC están unidos covalentemente por puentes disulfuro a la región Fc del anticuerpo IgA. La cadena J es producida por las células plasmáticas, mientras que el componente SC es una proteína glicosilada producida por las células epiteliales de la mucosa. El SC estabiliza la estructura polimérica de la IgA, protegiéndola de ataques proteolíticos.4 Figura 8-1. Estructura de la IgA secretora (s-IgA). Es una molécula dimérica que se conforma con dos monómeros de IgA, una cadena J y un componente secretor. La IgA de la saliva se produce en las células plasmáticas que se localizan adyacentes a los núcleos y acinos de las glándulas salivales. La IgA polimérica secretada por las células plasmáticas que contiene la cadena J es reconocida por su receptor PIgR localizado en la superficie de las células de los ductos y de los acinos. El complejo IgA-PIgR es endocitado y transportado a la parte apical de las células. Una vez ahí, es exocitado y una parte del receptor PIgR es degrado por proteasas. La región no degradada restante del PIgR es el componente secretor SC de la s-IgA (figura 8-2). Figura 8-2. Producción de IgA secretora (s-IgA) en la mucosa epitelial. Las células de la mucosa expresan el receptor polimérico para inmunoglobulina (PIgR) en la región basal. El PIgR une a la inmunoglobulina IgA polimérica secretada por las células plasmáticas de las glándulas salivales y forma un complejo PIgR-IgA. El complejo se moviliza a la parte apical de las células donde se libera. Parte del PIgR se degrada y deja al componente secretor unido a la IgA polimérica. La s-IgA es abundante en la saliva y tiene diversos papeles en la inmunidad de la mucosa oral. Los anticuerpos en sitios sistémicos opsonizan bacterias que son removidas por fagocitosis, mediada por receptores Fc para inmunoglobulinas, tanto de macrófagos como de neutrófilos. Las s-IgA en cavidad oral funcionan mediante la exclusión inmune uniéndose y agregando bacterias y hongos en la saliva los cuales son eliminados al deglutir.5,6 Inmunidad en el surco gingival El periodonto constituye una serie de tejidos (la encía, el ligamento periodontal, el cemento y el hueso alveolar) que dan soporte al diente. La unión entre la encía y el diente se denomina surco gingival y es el sitio donde se acumulan microorganismos, que de no ser mantenidos en concentraciones bajas pueden generar enfermedad periodontal. El mantenimiento del estado de salud en la cavidad oral, directamente de neutrófilos que llegan al surco gingival eliminan el exceso de microorganismos y luego son removidos para no causar daño. En general los neutrófilos hacen esto en los sitios de infección y a este proceso se le conoce como homeostasis de neutrófilos. Homeostasis de neutrófilos La homeostasis de neutrófilos se puede dividir en tres procesos: producción, tráfico y eliminación. Los neutrófilos, que pertenecen al grupo de las células llamadas polimorfonucleares (PMN), son producidos en grandes cantidades por la médula ósea y se liberan diariamente a la circulación sistémica.7 Durante el proceso de diferenciación de neutrófilos en la médula ósea se pueden distinguir tres grupos celulares; el grupo de células troncales, el grupo de células mitóticas y el grupo de células postmitóticas. El primer grupo consiste en una población de células troncales pluripotenciales hematopoyéticas indiferenciadas o HSCs (por sus siglas en inglés de Hematopoietic Stem Cells), el segundo grupo está compuesto por células progenitoras de granulocitos que proliferan y se diferencian y en el tercer grupo están los neutrófilos diferenciados y listos para su liberación hacia el torrente sanguíneo (figura 8-3). Figura 8-3. Producción de neutrófilos en la médula ósea. Los neutrófilos se diferencian a partir de una población de células troncales pluripotenciales hematopoyéticas indiferenciadas y forman el grupo de células troncales que se autorrenuevan (HSCs). Los neutrófilos maduran en la médula ósea (grupo mitótico) y acumulan diferentes tipos de gránulos. Los gránulos que se producen son los azurofílicos (círculos negros), los específicos (círculos gris claro) y los de gelatinasa (círculos gris obscuro). Por último, también producen vesículas secretoras (círculos blancos). Al conjunto de células en diferenciación se lo conoce como grupo mitótico. Los neutrófilos diferenciados se mantienen en la médula ósea mediante la interacción entre el receptor de quimiocina 4 (CXCR4) y su ligando, la quimiocina 12 (CXCL12); en el grupo posmitótico. Cuando esta interacción se pierde, los neutrófilos se liberan hacia la circulación sistémica. La interleucina 17 (IL-17) estimula al factor estimulante de colonias de granulocitos (G-CSF), que a su vez regula tanto la producción de neutrófilos o granulopoyesis como la liberación de neutrófilos de la médula ósea. El factor estimulante de colonias de granulocitos (G-CSF, por sus siglas en inglés de Granulocyte-Colony Stimulating Factor), regula tanto la producción o granulopoyesis como la liberación de neutrófilos en la médula ósea.8 El grupo de neutrófilos diferenciados y listos para su liberación es mantenido en la médula ósea por la interacción entre el receptor de quimiocina 4 (CXCR4, por sus siglas en inglés) que se encuentra en la superficie de los neutrófilos, con su ligando, la quimiocina 12 o factor 1 derivado del estroma (CXCL12 o SDF-1, por sus siglas en inglés) que se produce en la médula ósea. El G-CSF regula la liberación de neutrófilos diferenciados desde la médula ósea interfiriendo la interacción de CXCR4-CXCL12.9 Además, la interleucina 17 (IL-17) promueve la granulopoyesis y la liberación de neutrófilos por la regulación positiva del G-CSF (figura 8-3).8 Una vez producidos, los neutrófilos viajan a través de la circulación sistémica y pueden ser reclutados en los sitios de infección o inflamación. El proceso de reclutamiento de neutrófilos que activa la transmigración de neutrófilos se conoce como cascada de adhesión leucocitaria (figura 8-4).10 Figura 8-4. Atracción o cascada de adhesión leucocitaria que activa la movilización de neutrófilos al sitio de infección o inflamación. Los neutrófilos se desplazan hacia el sitio de infección o inflamación mediante una cascada de pasos que incluye la captura, el rodamiento, la adhesión firme y la movilización de los neutrófilos (flechas negras). Este proceso inicia con la activación de las células endoteliales que expresan receptores de selectinas de tipo E y P. Los neutrófilos reconocen estas selectinas y comienzan a rodar sobre el endotelio. Posteriormente, las quimiocinas inducen la expresión de integrinas, otras moléculas de adhesión, en los neutrófilos. Tanto las selectinas como las integrinas permiten a los neutrófilos rodar sobre las células endoteliales hasta llegar a detenerse sobre el endotelio. Por último, los neutrófilos, transmigran al sitio de inflamación o infección mediante diapédesis. Este último paso es regulado por integrinas β-2. Las integrinas se unen a sus ligandos que pertenecen a la familia de las moléculas de adhesión intracelular -1 y -2 (ICAM-1 e ICAM-2).11 Los neutrófilos que se reclutan en los sitios de inflamación e infección, siguen los gradientes quimiotácticos tales como componentes del sistema del complemento (C5a) y componentes bacterianos (figura 8-4). Después de la transmigración hacia el sitio de infección o inflamación, los neutrófilos destruyen a los microorganismos por fagocitosis, degranulación o formación de redes extracelulares de neutrófilos (NETs por sus siglas en inglés de Neutrophil Extracellular Traps) (figura 8-5).12 Figura 8-5. Activación y remoción de neutrófilos. Los neutrófilos destruyen a las bacterias mediante fagocitosis, degranulación y formación de redes extracelulares de neutrófilos (NETs). Los neutrófilos sufren apoptosis una vez que han inducido su efecto y los macrófagos los fagocitan. Los macrófagos sintetizan a continuación factor de crecimiento tumoral β (TGF-β) e interleucina 10 (IL-10) (flecha hacia arriba) y dejan de producir IL-23 (flecha hacia abajo). Una vez que han realizado su efecto bactericida, los neutrófilos sufren apoptosis y expresan en su superficie señales para ser fagocitados. Los fagocitos residentes, es decir, las células dendríticas y los macrófagos eliminan neutrófilos en estado de apoptosis. Cuando los macrófagos fagocitan neutrófilos apoptóticos sufren una reprogramación e inician una respuesta antiinflamatoria, caracterizada por la síntesis de factor de crecimiento tumoral β (TGF-β, por sus siglas en inglés de Transforming Growth Factor beta) e interleucina 10 (IL-10), así como la disminución en la síntesis de la interleucina 23 (IL-23).13 La IL-23 induce la síntesis de IL-17, por lo tanto, cuando la concentración de IL23 disminuye, la concentración de IL-17 también, teniendo como consecuencia una disminución en la concentración de G-CSF y tanto la granulopoyesis como la liberación de neutrófilos de la médula ósea se inhiben. La homeostasis en la producción, el tráfico y la correcta eliminación de neutrófilos de sitios de infección e inflamación es un proceso clave en la resolución de la inflamación (figura 8-5). RELACIÓN DEL SISTEMA INMUNOLÓGICO Y Candida albicans La cavidad oral es un nicho perfecto para el crecimiento de Candida albicans, en especial en personas inmunocomprometidas o inmunosuprimidas (véase capítulo 7, Hongos en el ecosistema oral). Una primera línea de defensa que previene la candidiasis es la microbiota oral residente, la cual compite con C. albicans por espacio y nutrientes, y libera moléculas que previenen la inflamación local. Sin embargo, C. albicans es capaz de activar a las células del sistema inmunológico y la producción de citocinas. La saliva es un medio para transportar proteínas capaces de interactuar con C. albicans. La disminución en la función de las glándulas salivales puede ser consecuencia de tratamientos médicos, de uso de medicamentos o de una respuesta autoinmune que afecta a las glándulas salivales. Un ejemplo de respuesta autoinmune es el síndrome de Sjögren. La deficiencia en la producción de saliva conlleva a infecciones fúngicas en la cavidad oral como la candidiasis,14 ya que al disminuir la producción de saliva se favorece la disbiosis, misma que promueve la proliferación de C. albicans. La saliva de pacientes con síndrome de Sjögren poseen altas concentraciones de calprotectina y péptidos antimicrobianos, tal vez debido a inflamación de la mucosa. Los cambios en la producción y composición de la saliva, modifican la película protectora de saliva que cubre los tejidos orales, reduciendo así, la barrera funcional epitelial. Como consecuencia de todos estos cambios en saliva, la homeostasis del sistema inmunológico oral se rompe y C. albicans causa candidiasis orofaríngea. Las mucinas, las estaterinas y las s-IgA presentes en la saliva, son capaces de aglutinar C. albicans y una vez formados estos agregados, se pueden eliminar al deglutir (figura 8-6). No obstante, si esta aglutinación se encuentra en la película adquirida presente en las superficies de la cavidad oral, entonces se promueve la adhesión de C. albicans al epitelio oral.15 Figura 8-6. Mecanismos de eliminación de Candida albicans. La s-IgA, las mucinas y las proteínas ricas en prolina (PRPs) son algunas de las moléculas que se unen a las hifas de C. albicans para su eliminación por deglución. C. albicans expresa Hwp1, una proteína de la pared de sus hifas que tiene homología a las proteínas ricas en prolina de la saliva. La proteína Hwp1 puede funcionar como sustrato de la glutaminasa permitiendo la unión de C. albicans a las células epiteliales, ya que en condiciones normales, la glutaminasa unida a la membrana de células epiteliales de la mucosa oral une proteínas ricas en prolina. RELACIÓN DEL SISTEMA INMUNOLÓGICO Y LA CARIES La caries es la enfermedad oral con mayor prevalencia y es resultado de una falta de balance provocada por la exposición crónica a múltiples factores de riesgo y factores protectores a lo largo del tiempo (véase capítulo 5, Metabolismo bacteriano de la biopelícula dental y bioquímica de la caries). La patogenia a nivel molecular de la caries dental está relacionado con microorganismos como Streptococcus mutans. Las enzimas glucosiltransferasas (GTF, por su nombre en inglés glucosyltransferase) son expresadas por estos microorganismos. El antígeno I/II es una adhesina de los Streptococcus que utilizan para poderse unir al diente, este antígeno interactúa con galactósidos de la saliva derivados de la película del diente. Otras moléculas de superficie de estos microorganismos son las proteínas de unión a glucanos (GBP, por sus siglas en inglés glucan binding protein). La acumulación de S. mutans en la superficie del diente en presencia de sacarosa, depende de las proteínas GTF y GBP. Una vez adheridos, estos microorganismos metabolizan los azúcares y secretan ácido láctico que desmineraliza la superficie del diente y que eventualmente se convierte en una caries (figura 8-7). Figura 8-7. Patogenia molecular de la caries dental relacionada con Streptococcus mutans. La respuesta inmunológica humoral es capaz de regular la actividad cariogénica, en especial la inmunoglobulina A secretora. La habilidad de un patógeno para unirse a la película adquirida en el esmalte es el evento principal para la instalación de la caries. La s-IgA previene la unión de los microorganismos cariogénicos a las superficies duras de los dientes además de inhibir la actividad de glucosiltransferasas (GTF), neutraliza virus y toxinas, inactiva enzimas, elimina antígenos de la saliva y previene la colonización de microorganismos cariogénicos. El papel de la s-IgA para el control de la actividad cariogénica es aún controversial. Sin embargo, se ha mostrado que existe una asociación entre la caries dental y altos niveles de s-IgA. A pesar de la caries dental es un problema de salud pública mundial, aun no se cuenta con una vacuna para prevenir este padecimiento. Entre las bacterias patógenas que causan la caries de encuentran bacterias de los géneros Streptococcus, Lactobacillus y Actinomyces principalmente, aunque hoy se conoce que la etiología de la caries es más compleja de lo que se había pensado,16 (véase capítulo 6, Etiología microbiana de la caries). Inmunidad en contra de caries Se ha observado que los individuos jóvenes con concentraciones bajas o no detectables de S. mutans, se mantienen libres de caries hasta la edad adulta;17 también se sabe que la susceptibilidad a padecer caries es inversamente proporcional a la cantidad en saliva de IgA en niños y adultos jóvenes.18 Por otra parte, anticuerpos IgG contra S. mutans pueden ser detectados en niños debido a que, dentro del seno materno, los prenatos adquieren inmunidad como consecuencia de transferencia placentaria o al nacer cuando consumieron leche materna.19 Durante la niñez se comienzan a sintetizar anticuerpos de la clase IgG contra antígenos de S. mutans seguidos de la producción de IgA. La cantidad de anticuerpos producidos es detectable a lo largo de la vida del individuo. En adultos mayores, la concentración sérica de IgG contra Streptococcus cariogénicos está directamente relacionada con la cantidad de caries presentada, mientras que la concentración de IgA está inversamente relacionada.20 Esta relación recíproca entre la respuesta de IgG y de IgA a lo largo de la vida, indica que la respuesta inmune adaptativa inicial a los antígenos de S. mutans puede influenciar el tiempo y grado en que estas bacterias se unen a la biopelícula dental. Cambios en el ambiente como aumento en el consumo de alimentos ricos en azúcares, promueve la proliferación de ácidos por bacterias y por ende una marcada progresión de la caries. Después de la erupción dental, la formación de biopelícula en los dientes reflejará el tipo de respuesta inmune. Sin embargo, los factores ambientales siempre jugarán un papel determinante en el desarrollo de caries.21 Estrategias de inmunización activa y pasiva se han perseguido para tratar las infecciones que conducen a la caries dental. Varios microorganismos acidogénicos han sido relacionados con varias etapas de la caries dental. Hasta la fecha, S. mutans sigue siendo una de las especies identificadas en manchas blancas de desmineralización inicial del esmalte. Dado que S. mutans se comporta como un patógeno clave, es un objetivo razonable para una vacuna de caries. Al igual que otros estreptococos del grupo viridans, S. mutans presenta una serie de antígenos en su pared celular y en su región extracelular que son imprescindibles para su unión al diente y para su acumulación en la biopelícula oral. Dentro de las proteínas que sirven para su adhesión se encuentran el antígeno I/II y péptidos de unión a glucanos, los cuales han sido candidatos para vacunas probadas en ratones y ratas.22 Procedimientos de inmunización pasiva también han mostrado resultados prometedores. Suplementos alimenticios que contienen IgG o anticuerpos contra GTF o GBP y anticuerpos monoclonales reactivos con especificidad para antígenos como el antígeno I/II, han demostrado reducir la caries dental cuando se infectan animales con S. mutans.23 RELACIÓN DEL SISTEMA INMUNOLÓGICO Y LA ENFERMEDAD PERIODONTAL Cuando existe salud periodontal, la interacción entre la microbiota simbiótica y los neutrófilos está fuertemente regulada para prevenir el daño de los tejidos periodontales.24 La interacción entre neutrófilos y microbiota se ha estudiado en ratones libres de gérmenes o libres de patógenos específicos. Los resultados de estos estudios demostraron que la microbiota oral comensal no tiene ningún impacto en el tejido gingival a diferencia de la microbiota del intestino que sí tiene injerencia sobre la histología de este órgano. Los neutrófilos son reclutados a los tejidos periodontales mediante el receptor de quimiocina 2 (CXCR2). Este receptor posee dos ligandos que son la quimiocina 1 (CXCL1) y la quimicoina 2 (CXCL2). Los ligandos son secretados por el epitelio de unión, pero se ha reportado que el CXCL2 es el que induce el reclutamiento activo de neutrófilos.25 Los neutrófilos juegan un papel fundamental en el mantenimiento de la salud oral, dado que la falta y el exceso de estos conllevan a problemas periodontales. En general, todas las superficies de la cavidad oral son nichos para la colonización de bacterias específicas, que resultan en la formación de una biopelícula formada por comunidades polimicrobianas. El estado de salud oral se mantiene si la microbiota oral está en simbiosis con el sistema inmunológico (figura 8-8). Sin embargo, cuando algún factor altera este equilibrio, se produce una disbiosis o alteración de la microbiota oral que promueve la periodontitis,26 así como la consecuente respuesta del sistema inmunológico a esta alteración (figura 8-9). Figura 8-8. Mantenimiento de la microbiota en homeostasis. El epitelio de unión de la encía produce interleucina 8 (IL-8) y genera un gradiente hacia el tejido conectivo que se encuentra vascularizado. Este gradiente permite que los neutrófilos sean atraídos y lleguen hasta el surco gingival que delimita el diente y el epitelio de unión. Las bacterias se acumulan en el surco gingival y favorecen la movilización de neutrófilos a esta zona. Los neutrófilos eliminan el exceso de bacterias por fagocitosis o degranulación. En consecuencia, los neutrófilos mantienen de forma constante la homeostasis de la microbiota de la cavidad oral. Figura 8-9. Aparición de microbiota disbiótica. Cuando existe un desbalance en el ecosistema oral, la microbiota se torna disbiótica. Esta microbiota disbiótica prolifera de manera considerable y ejerce varios efectos en el sistema inmunitario. Inhibe el gradiente de interleucina 8 (IL-8), lo que produce que se detenga el desplazamiento de los neutrófilos hacia el surco gingival (cruz negra) y se acumulen grandes cantidades de neutrófilos en el tejido conectivo. Además, la microbiota disbiótica inhibe la fagocitosis de los neutrófilos y les impide la fagocitosis por los microorganismos que se han acumulado. Por último, los neutrófilos que no se eliminan comienzan a dañar el tejido del huésped. La acumulación de la biopelícula dental conlleva un reclutamiento desmedido de infiltrado inflamatorio. Este último, está compuesto principalmente por neutrófilos que se acumulan en los tejidos orales. Los neutrófilos son los leucocitos más abundantes en la sangre y son considerados la primera línea de defensa en los procesos inflamatorios e infecciosos.27 En general, cuando los microorganismos invaden al organismo, se promueve una respuesta inflamatoria. Los neutrófilos destruyen microorganismos en los sitios de inflamación e infección ya sea por fagocitosis, degranulación o formación de redes extracelulares de neutrófilos (figura 8-5).12 Los neutrófilos al activarse, producen una gran variedad de quimiocinas y citocinas, que reclutan componentes del sistema inmunológico en los sitios de inflamación e infección.28 Desafortunadamente, si los neutrófilos no son eliminados del sitio de inflamación o infección después de realizar su trabajo, las proteínas que se liberan de sus vesículas dañan los tejidos del huésped.29 En la cavidad oral, los microorganismos no necesariamente promueven una respuesta inflamatoria. Se sabe que la presencia de la biopelícula que se deposita en los dientes induce un constante reclutamiento de neutrófilos al surco gingival.30,31 Por lo tanto, la homeostasis entre los neutrófilos y las biopelículas es importante para evitar que los neutrófilos dañen el tejido del huésped. Es decir, la cantidad y distribución de neutrófilos en la cavidad oral es esencial para mantener la salud de la cavidad oral. La periodontitis se asocia con un cambio en la microbiota oral, de simbiótica a disbiótica. La acumulación de la microbiota disbiótica conlleva un incremento en el infiltrado inflamatorio, que se compone principalmente por neutrófilos que se liberan a los tejidos orales. Si no es resuelta esta inflamación en los tejidos periodontales, puede convertirse en una inflamación crónica. La inflamación crónica tiene como consecuencia la formación una bolsa periodontal, que se caracteriza por un surco gingival profundo, debido a la pérdida de inserción de la encía y la destrucción de hueso alveolar. Se sabe que Porphyromonas gingivalis tiene la capacidad de interferir con el gradiente de la interleucina 8 (IL-8) que permite la transmigración de los neutrófilos al surco gingival, esto tiene como consecuencia que los neutrófilos se acumulen en el tejido conectivo del periodonto. Además, P. gingivalis también puede escapar de la fagocitosis de los neutrófilos, ya que puede sobrevivir dentro de los fagosomas de los neutrófilos, en ambientes muy ácidos.32 Los neutrófilos forman una barrera que previene la invasión de bacterias dentro de los tejidos y son esenciales para mantener un periodonto sano. Pacientes con deficiencia de adhesión de leucocitos presentan infecciones frecuentes y manifiestan periodontitis severa, a temprana edad. Este tipo de periodontitis no suele responder al tratamiento con antibióticos o a la remoción mecánica de la biopelícula dental, lo que sugiere que otros mecanismos están participando.33 Por otra parte, pacientes con exceso de neutrófilos también presentan enfermedad periodontal, pues el alto número de neutrófilos promueve un estado de inflamación crónica. Participación de la respuesta inmunológica en la resorción ósea Durante la periodontitis, las bacterias se adhieren a la superficie del diente e invaden el epitelio de unión y el tejido conectivo promoviendo la acumulación de infiltrado inflamatorio. Si el infiltrado se acerca al hueso alveolar, se inicia la degradación del hueso (figura 8-10).34 El balance entre la formación de hueso y la resorción de éste, está controlado por varios sistemas de regulación, como el sistema endocrino y el sistema inmunológico. Una regulación osteoinmunológica, depende de las citocinas derivadas de leucocitos (tanto PMN, como linfocitos y macrófagos) en la lesión.35 Figura 8-10. Relación espacial entre el infiltrado inflamatorio y la pérdida de hueso alveolar. Durante la periodontitis, las bacterias se adhieren a la superficie del diente e invaden el epitelio de unión y el tejido conectivo. Esto da origen a la formación de un infiltrado de neutrófilos. A, en un proceso de gingivitis, el infiltrado se encuentra lejos del hueso por lo que la osteoclastogénesis no se estimula. B, en la periodontitis, el infiltrado se halla cerca del hueso alveolar y estimula a los osteoclastos y la resorción ósea. La presencia de las biopelículas dentales desencadena la producción de citocinas proinflamatorias, tales como la interleucina (IL)-1α, IL-17 y el factor de necrosis tumoral (TNF) α y β. Tanto el TNF como la IL-17 estimulan la expresión y activación de metaloproteasas que degradan la matriz extracelular (MMPs) y de osteoclastos, células que degradan hueso.36 Otro sistema de activación de los osteoclastos está integrado por el receptor activador del factor nuclear kappa-B (RANK), el ligando de RANK (RANKL) y la osteoprotegerina (OPG). RANK es un receptor expresado por las células progenitoras de los osteoclastos. RANKL y OPG son citocinas que pertenecen a la familia del TNF y son producidas por osteoblastos y células del estroma de la médula ósea. RANKL promueve la activación de osteoclastos y OPG promueve la inhibición de los osteoclastos. Por lo tanto, la unión de RANKL a RANK determinará la diferenciación de las células progenitoras de los osteoclastos en osteoclastos activos, mientras que la unión OPG a RANKL inhibirá este proceso de diferenciación.34,35 El óxido nítrico, la IL-1α y la IL-17 estimulan la expresión de RANKL lo que conduce también a la diferenciación y activación de osteoclastos. La combinación de la respuesta inmune innata y la adaptativa favorece la inflamación y la resorción ósea. Estas citocinas proinflamatorias tienen una retroalimentación positiva que amplifica la señal y promueve la progresión de la lesión periodontal. Por el contrario, las citocinas producidas por los linfocitos T, la IL-4 y la IL-10 tienen el efecto contrario, en parte, a través de la estimulación de la producción de inhibidores tisulares de las metaloproteinasas de la matriz (TIMP) y OPG.34,35 El reclutamiento de leucocitos en áreas lesionadas o infectadas es esencial para una defensa efectiva del huésped. La constante migración de los linfocitos T y otros leucocitos a los tejidos del todo el cuerpo permite que el sistema inmunológico proteja al huésped de una gran variedad de desafíos antigénicos. La migración de los leucocitos a los tejidos es particularmente intensa durante la respuesta inflamatoria y resulta de la expresión de las moléculas de adhesión inducidas por las citocinas en la superficie de las células endoteliales. La selectina E y la molécula de adhesión intercelular-1 (ICAM-1) son cruciales en el tráfico celular.37 Además de las proteínas de adhesión, existen moléculas como Del-1 que inhiben a la IL-17 y el paso de PMN. Del-1 inhibe la inflamación y la pérdida hueso durante la periodontitis en ratones jóvenes. En los ratones viejos o durante la infección con patógenos periodontales, la expresión de Del-1 es menor y la producción de IL-17 por las células T CD4+ y los neutrofilos es mayor. Por otra parte, la IL-17 induce la producción del factor estimulador de colonias de granulocitos (G-CSF) y citocinas CXC para atraer a los PMN al tejido inflamado. Al mismo tiempo, la IL-17 inhibe la expresión de Del-1, lo cual permite mayor adhesión y por tanto mayor extravasación de PMN en el tejido gingival inflamado. IL-17 también actúa en sinergia con otras citocinas proinflamatorias para inducir metaloproteinasas de la matriz (MMP) y RANKL; esto promueve osteoclastogénesis dando por resultado la pérdida de hueso alveolar. La inflamación asociada a la pérdida de hueso promueve la disponibilidad de nutrientes a las bacterias, aumentando la diversidad y la proliferación bacteriana. La mayor cantidad de bacterias amplifica aún más la cascada inflamatoria.38 Respuestas específicas de los anticuerpos Muchos estudios han demostrado que los títulos de anticuerpos contra especies consideradas peridontopatógenas, son más elevados en los pacientes con periodontitis que en las personas sin enfermedad periodontal. Más aún, los títulos séricos de anticuerpos contra P. gingivalis se reducen en sujetos con periodontitis avanzada luego de un tratamiento exitoso.39 Es probable que los niveles de anticuerpos dependan de varios factores que incluyen exposiciones previas a la microbiota subgingival y la capacidad del huésped de responder a ciertos antígenos. El efecto del tratamiento sobre los niveles de los anticuerpos puede ser resultado de la inoculación (bacteriemia transitoria) provocada por el procedimiento de limpieza profunda de la bolsa periodontal (raspado y alisado radicular). La reducción de la cantidad de bacterias, que se produce después de este procedimiento puede permitir la actividad de clonas de linfocitos B para que generen anticuerpos con gran avidez por las bacterias. La respuesta inmune humoral en especial de la IgG y de la IgA, desempeña un papel protector en la patogenia de la enfermedad periodontal pero el mecanismo preciso todavía se desconoce. La terapia periodontal puede mejorar la magnitud y la calidad de la respuesta inmunológica humoral a través de un proceso de inmunización.40 PERSPECTIVAS DE TRATAMIENTO INMUNOLÓGICO CONTRA ENFERMEDADES ORALES Como se mencionó anteriormente, la falta o exceso de neutrófilos en el periodonto es un factor innegable para el desarrollo de enfermedad periodontal. Dado que en ambas situaciones, el estado de inflamación y la pérdida de hueso, dependen de IL1741 es acertado pensar que inhibidores para IL-17 o para el receptor de IL-17 sean blancos prometedores para el tratamiento de la periodontitis humana. Al bloquear la acción de la IL-17, el reclutamiento de neutrófilos hacia los tejidos periodontales se reduce y en consecuencia también la inflamación. Por lo tanto al bloquear la IL-17 se previene el daño a los tejidos periodontales y la pérdida de hueso. Especies como Aggregatibacter actinomycetemcomitans y Staphylococcus aureus producen toxinas bacterianas que inducen la lisis de neutrófilos y su degranulación, estos productos bacterianos podrían ser neutralizados con anticuerpos específicos, lo que ofrece otra alternativa de tratamiento.42,43,44 Un péptido antimicrobiano que parece ser prometedor es la histatina, que funciona como enjuague bucal para la candidiasis en pacientes con inmunodeficiencia adquirida por VIH.1 Adicionalmente, el análisis proteómico de bacterias unidas y aglutinadas a proteínas de la saliva de pacientes ha revelado un potencial de la estaterina para ser utilizada como marcador de infecciones en la cavidad oral.45 Referencias 1. 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INTRODUCCIÓN Las biopelículas se pueden formar prácticamente en cualquier superficie que esté expuesta a un ambiente natural. La formación de la biopelícula dental es sin duda, uno de los ejemplos más conocidos. Las biopelículas en el medio ambiente oral se pueden formar en las superficies dentales, en los tejidos blandos presentes en la cavidad oral y también sobre una multitud de superficies de biomateriales y dispositivos empleados para restaurar o rehabilitar funciones perdidas en la cavidad oral. La formación de biopelículas, en diversos biomateriales presentes en la cavidad oral, puede impactar de manera importante la salud bucal de las personas. Se sabe que de manera similar al desarrollo de la periodontitis, la presencia de las biopelículas sobre implantes dentales está relacionada con la periimplantitis; infección que afecta los tejidos circundantes al implante dental.1 Otro ejemplo es la colonización bacteriana, en una restauración clase II mal ajustada en el margen gingival, lo cual afecta la salud gingival del órgano dentario restaurado.2,3 La formación de biopelículas en resinas compuestas no sólo degrada el material y afecta la rugosidad del mismo, sino que también facilita que las bacterias colonizadoras puedan invadir la interfase entre la restauración y el tejido dental, causando caries secundaria y posiblemente a una patología pulpar.4,5,6 En el caso de las biopelículas alrededor de aparatos de ortodoncia, éstas pueden causar desmineralización en el esmalte dental contiguo al bracket, lo cual es un efecto no deseado del tratamiento ortodóncico.7,8 Con esto en mente, el desarrollo de nuevos biomateriales o dispositivos con capacidad antibacteriana que logren disminuir la formación de las biopelículas sin afectar su comportamiento biológico, es tan importante como necesario. INFECCIONES ASOCIADAS A BIOPELÍCULAS EN DISPOSITIVOS BIOMÉDICOS Una biopelícula es una estructura compleja formada por agregados bacterianos, por lo general existentes como comunidades cercanamente asociadas, que se adhieren a una variedad de superficies naturales o artificiales, en un medio acuoso que contiene una concentración suficiente de nutrientes para sostener las necesidades metabólicas de la microbiota.9 Debido a esta arquitectura específica y a las interacciones que existen entre las especies que forman la biopelícula, existe un incremento de la tolerancia a los antimicrobianos y resistencia al sistema inmune del huésped, si se compara con las bacterias que se encuentran en estado libre o planctónico.10,11,12 Una infección relacionada con un dispositivo biomédico o implante inicia con la adhesión de los microorganismos a la superficie de este dispositivo. Posteriormente, ocurre el crecimiento bacteriano y la formación de la biopelícula, donde las bacterias son más resistentes al tratamiento antibiótico y sistema inmune, de tal manera que comienzan a causar daño tisular local. Si esta infección no es controlada, se puede llegar a la pérdida del dispositivo biomédico o implante, con consecuencias como dehiscencia de la herida o hasta reacciones sistémicas como fiebre y embolia.13 Entre los principales dispositivos biomédicos implantables, que son susceptibles a presentar infecciones asociadas a biopelículas se encuentran: catéteres intravenosos, válvulas cardiacas, dispositivos de asistencia ventricular, extensores coronarios, estimuladores neurológicos, artroprótesis, dispositivos de fijación para fracturas, implantes de mama, cocleares, intraoculares e implantes dentales.14 a 20 INFECCIONES POR BIOPELÍCULAS EN DISPOSITIVOS ORALES Y CRANEOFACIALES Una de las principales infecciones asociadas a dispositivos biomédicos de uso odontológico, son las infecciones relacionadas con implantes dentales o periimplantitis. Esta afección, se define como la inflamación de los tejidos presentes alrededor de un implante dental (encía y hueso) debido a la colonización bacteriana, la cual puede llegar a provocar la pérdida del implante.21 Se ha observado que, aunque la sobrevida de los implantes es alta, la periimplantitis puede provocar la pérdida de los implantes en un 5 a 11%.22,23,24 Otros aditamentos utilizados en odontología son las membranas para la regeneración tisular y la regeneración ósea. Éstas (absorbibles y no-absorbibles), son barreras que previenen la inclusión del epitelio en el sitio de regeneración, permitiendo así la regeneración del tejido óseo y periodontal.25 Su uso quirúrgico en odontología regenerativa ha sido empleado y documentado desde hace algunas décadas.26 a 30 Sin embargo, la predictibilidad del tratamiento con este tipo de aditamentos puede verse afectada por la exposición de la membrana al ambiente oral y la consecuente colonización bacteriana durante el periodo de cicatrización.31 Esto ha sido confirmado por diversos ensayos clínicos, donde se realizaron procedimientos regenerativos alrededor de dientes e implantes, y se evaluó la regeneración de estos sitios al estar las membranas expuestas y no expuestas al medio ambiente oral. Los resultados fueron contundentes al encontrar que la regeneración fue significativamente menor en las membranas expuestas.29,32,33 Por tanto, es evidente que la exposición de la membrana a los microorganismos del medio oral durante la fase de cicatrización, tiene un efecto negativo en los procesos de regeneración ósea alrededor de los implantes, así como la regeneración tisular alrededor de dientes.35 En cirugía traumática y ortognática maxilofacial, el uso de dispositivos para fijación rígida en forma de mini placas y tornillos para reducción de una fractura ósea, también son procedimientos comúnmente utilizados. Dentro de las complicaciones existentes están las infecciones relacionadas con la presencia de biopelículas en el dispositivo. O’ Conell et al., realizaron un estudio retrospectivo a 10 años, y observaron que la causa de la remoción del 40% de los implantes para fijación rígida se debió a la infección superficial.36 En otro estudio retrospectivo a cuatro años, se observó que la causa principal de la remoción de un total de 37 implantes fue la infección (46%), y además concluyeron que la exposición de un implante dental a la cavidad oral es más probable en la pared anterior del seno maxilar y la mandíbula (cuerpo y línea oblicua externa).37 De forma similar, otro estudio a cinco años reportó que el 24% del total de implantes retirados en cirugía traumatológica maxilofacial se debió a infección y dehiscencia de la herida.38 Del mismo modo se ha reportado que el 75% de las complicaciones asociadas a un implante cuando se realizan osteotomías bilaterales sagitales del área maxilofacial, es la presencia de infecciones y por tanto, causa principal de la remoción del implante.39 MECANISMOS DE ADHESIÓN BACTERIANA A SUPERFICIES DE BIOMATERIALES Y DISPOSITIVOS BIOMÉDICOS La adhesión bacteriana en una superficie es el primer paso en la formación de las biopelículas. Este fenómeno ha sido estudiado con amplitud en diversas áreas como: biomateriales implantables de uso médico y dental, tuberías de agua, industria alimentaria y superficies en la cavidad oral.40 Propiamente, la adhesión bacteriana a superficies puede ser estudiada desde un punto de vista bioquímico o físico-químico. Desde un enfoque bioquímico, lo más sobresaliente son las interacciones ligando-receptor. Las interacciones célula-célula y estructuras como los flagelos, fimbrias y otros receptores proteicos que son esenciales para lograr la adhesión bacteriana a superficies. Sin embargo, los cambios en expresión génica y la comunicación intra e interespecies complican el entendimiento en los procesos de adhesión y formación de la biopelícula.41 Por otra parte, otros investigadores se han enfocado en los mecanismos de adhesión físico-químicos, dando valor al modelo termodinámico (basado en las energías libres interfaciales de los líquidos y superficies en interacción).42 Sin embargo, otros autores mencionan que la adhesión bacteriana no puede ser encasillada en un solo mecanismo válido.43 En la cavidad oral es fácil entender lo complejo del proceso de adhesión bacteriana, debido a la gran diversidad microbiana presente.44 Aunado a esto, la presencia de una película adquirida proteica proveniente de la saliva formada sobre las superficies orales y factores como cambios en la presencia de nutrientes, temperatura, humedad y fuerzas de estrés.45,46 Cuando los microorganismos y el sustrato o superficie están en un ambiente acuoso como el agua, sangre, lágrimas, saliva, etc., las superficies se cubren inmediatamente (segundos) por una película delgada de moléculas orgánicas pertenecientes al fluido presente, esta película es llamada “película adquirida”. Por tanto, la adhesión bacteriana ocurre entre la película adquirida formada en la superficie y las proteínas o adhesinas presentes en las bacterias.47 Con respecto a las propiedades físico-químicas de la película adquirida, como composición, grosor, densidad y configuración se ha visto que son ampliamente dependientes de la naturaleza física y química de la superficie del material o sustrato.48 a 56 Existen estudios que han demostrado que hay una clara relación entre las proteínas adsorbidas y las características de hidrofilicidad/hidrofobicidad relacionadas directamente con la energía libre superficial del material. Por ejemplo, superficies de polietileno expuestas a suero sanguíneo, mostraron que en su extremo hidrofóbico tenían menos proteínas adsorbidas y relativamente más fibrinógeno, mientras que en su extremo hidrofílico tenían más proteínas adsorbidas, en especial albúmina.57 La adhesión de microorganismos orales a superficies bucales es mediada específicamente por proteínas extracelulares bacterianas (adhesinas) y la película adquirida de la superficie, la cual está constituida de numerosos componentes de la saliva que incluyen glicoproteínas, proteínas ricas en prolina, fosfoproteínas, proteínas ricas en histidina, enzimas (amilasa) y otras moléculas que pueden funcionar como moléculas de adhesión para bacterias (receptores). Muchas de las bacterias poseen diversos mecanismos específicos de adhesión; por ejemplo, Porphyromonas gingivalis posee elementos para unirse a diferentes proteínas de matriz extracelular como fibronectina, fibrinógeno y colágena, además de adherirse e invadir células epiteliales.58 Otro ejemplo es Streptococcus gordonii que se adhiere a la hidroxiapatita cubierta por saliva y se coagrega con Actinomyces naeslundii.59 Se sabe que múltiples adhesinas presentes en una misma bacteria pueden mediar diversas interacciones con superficies ya sea animadas o inanimadas. En relación con los mecanismos fisco-químicos no-específicos en la adhesión bacteriana sobre superficies en ambientes acuosos, han sido descritas 4 fases bien definidas.43,60,61,62 Fase 1: transporte a la superficie. El transporte inicial de la bacteria hacia la superficie o sustrato puede ocurrir a través del movimiento Browniano, (velocidad de 40 µm/h), a través de sedimentación de la bacteria en el medio, a través del movimiento del líquido (más veloz que la difusión), a través de movimiento celular y ser transportadas bacteria sobre bacteria por coagregación bacteriana. Fase 2: adhesión inicial. En esta fase, la resultante es una adhesión débil y reversible a través de fuerzas con la superficie a una distancia no mayor a 50 nm. Los microorganismos pueden ser atraídos o repelidos. El fenómeno termodinámico puede describir las interacciones en la adhesión bacteriana inicial. Este se basa en la energía superficial libre (SFE) de las fuerzas interactuantes de las superficies y no incluye las fuerzas electrostáticas. Antes de que las bacterias puedan estar en contacto directo con la superficie, el agua entre las superficies interactuantes debe ser removida. La interacción energética para este proceso puede ser calculado asumiendo que la interfase entre bacteria-líquido (bl) y superficie-líquido (sl) es remplazado por la interfase superficie-bacteria (sb).63,64 Fase 3: adhesión. Después del contacto establecido entre la superficie y las bacterias, tanto directamente como a través de fimbrias, la adhesión firme e irreversible puede ser establecida por diferentes interacciones (covalentes, iónicas, puentes de hidrógeno). Una vez que la adhesión es irreversible, varios microorganismos comienzan a secretar una matriz orgánica, compuesta de exopolisacáridos, se ha descrito que esta matriz provee de mayor resistencia a las bacterias a través de la protección contra componentes humorales y celulares del sistema inmune.43,62,65 Fase 4: colonización o maduración de la biopelícula. Cuando los microorganismos están firmemente adheridos, comienzan a reproducirse y las nuevas especies permanecen adheridas, entonces la biopelícula está desarrollada por completo. El grado de crecimiento se ha visto que es parcialmente dependiente del biomaterial en cuestión. Por igual se ha visto que en esta fase, otros fenómenos como el “Quorum sensing” (fenómeno asociado con el control poblacional bacteriano a través de moléculas de señalización), juegan un papel preponderante adicional (véase capítulo Biopelículas en el medio ambiente oral). Características superficiales del biomaterial o dispositivo que afectan la formación de las biopelículas La adhesión y formación de biopelículas sobre un biomaterial o dispositivo biomédico, está altamente influenciada por las características de la superficie de estos sustratos. Estas características incluyen la rugosidad, la energía libre superficial y la composición química del material. La rugosidad superficial afecta la colonización bacteriana de diversas formas. Una superficie muy rugosa tiene mayor área superficial, lo que provee más sitio de colonización bacteriana. En una superficie rugosa, las bacterias están mejor protegidas en contra de las fuerzas de cizallamiento las cuales pueden generar desprendimiento de las bacterias en la fase reversible. Adicionalmente, también se ha observado que la rugosidad puede influenciar la composición de las biopelículas presentes sobre implantes colocados en la cavidad oral.66 a 70 La energía libre superficial de un material o SFE (por sus siglas en inglés, Surface Free Energy), es otro de los factores importantes a considerar en la formación de una biopelícula; ya que esta puede alterar la hidrofilicidad o hidrofobicidad de la superficie del biomaterial. Esta característica es importante, ya que la película de agua debe ser removida entre las superficies interactuantes (bacteria-sustrato) para que las fuerzas de corto alcance (contacto directo o a través de puentes como las fimbrias) puedan llevarse a cabo.70,71 Glantz fue el primero que observó que a mayor energía superficial es mayor la adhesión de bacterias orales. Realizó un estudio in vivo observando superficies de materiales con diferentes energías superficiales montadas en una dentadura parcial y analizó el crecimiento de placa bacteriana a 1, 3 y 7 días, encontrando un mayor crecimiento en superficies con mayor energía libre superficial. De manera similar, Quirynen et al., estudiaron la influencia de la SFE en la formación de las biopelículas in vivo durante nueve días y reportaron que superficies hidrofóbicas, como el teflón, albergaban 10 veces menos placa que superficies hidrofílicas como el esmalte.72,73 Finalmente, otra de las características relevantes en la superficie de un biomaterial o dispositivo, es su composición química, ya que la especificidad en la adhesión bacteriana dependerá en gran medida de la carga superficial que generen los átomos que componen al biomaterial.74 Más adelante en este capítulo, se describirán diferentes ejemplos del efecto de la composición química del biomaterial en la formación de biopelículas. FORMACIÓN DE BIOPELÍCULAS EN DIVERSOS BIOMATERIALES UTILIZADOS EN LA CAVIDAD ORAL La cavidad bucal alberga un ecosistema compuesto por más de 700 especies bacterianas que interactúan entre si y con el huésped.4,75 Uno de los procesos más importantes que ocurren durante la formación de las biopelículas en la cavidad oral, y que las hace tan complejas, es la coagregación bacteriana.59 Dicho proceso permite que existan comunidades con distintas especies bacterianas unidas entre sí. Las bacterias presentes producen factores de crecimiento que requieren otras de las bacterias coagregadas y así dependen unas de otras para sobrevivir.76,77 Los microorganismos endógenos de la cavidad oral, intervienen en la adhesión, colonización y formación de biopelículas en dispositivos biomédicos empleados en la región oral y maxilofacial, y se sabe que la presencia de un dispositivo puede, por sí mismo, incrementar la virulencia o resistencia bacteriana.78 Biopelículas en dispositivos implantables Diversos estudios han develado que la secuencia en la colonización microbiana en implantes dentales y la formación de biopelículas es similar a la de la formación sobre los tejidos dentarios.79 En la superficie dental, estas biopelículas o placa dentobacteriana se encuentra asociada en complejos descritos por Socransky et al.76,77 La diversidad de especies capaces de colonizar implantes dentales, incluye especies encontradas tanto en salud gingival como Streptococcus oralis y Streptococcus sanguinis, como especies encontradas en sitios con gingivitis como Fusobacterium y Peptostreptococcus.80,81 Estudios realizados a través de muestras de fluido crevicular gingival y usando sondas de DNA reportaron que en los implantes de titanio expuestos a la cavidad oral, las especies de Streptococcus predominaron como colonizadores tempranos. Aún más, las especies de Streptococcus seguían predominando después de cuatro horas y fue hasta las 48 horas que especies anaeróbicas como P. gingivalis comenzaron a incrementarse.81,82,83,84 Estos estudios indican que las superficies de los implantes pueden ser colonizadas de manera temprana y que además permiten la maduración de la flora o biopelícula oral. También se ha reportado que, al igual que en la placa dentobacteriana, las especies patógenas putativas como Prevotella, Fusobacterium, Capnocytophaga y patógenas reconocidos como P. gingivalis, Aggregatibacter actinomycetemcomitans y Treponema denticola están relacionadas con infecciones como la periimplantitis. Estos patógenos producen exotoxinas como la colagenasa y la hialorunidasa que dirigen la respuesta inflamatoria resultando en pérdida de tejido óseo de soporte y tejidos periodontales alrededor del implante.85 Un estudio evaluó la influencia del estado periodontal en la formación inicial de biopelículas en superficies de titanio in vivo. Los resultados mostraron que especies bacterianas patógenas como T. denticola, Eikenella corrodens y Tannerella forsythia se encontraban colonizando en proporciones significativamente mayores, las superficies de Ti colocadas en los sujetos con periodontitis y no así en el mismo tipo de superficies de Ti colocadas en sujetos con salud periodontal. Confirmando la noción de que el estado periodontal también juega un papel en la colonización de las superficies de los implantes de Ti.86 Otro material implantable con amplio uso en el área odontológica son las membranas utilizadas para regeneración ósea y periodontal. Con respecto a la adhesión de bacterias orales en este tipo de biomaterial se ha observado una relación entre el fracaso quirúrgico de estos aditamentos con la presencia de especies periodontopatógenas reconocidas. Mombelli et al., encontraron que alrededor del 31% de los microorganismos cultivados sobre membranas de Politetrafluoroetileno expandido (e-PTFE) con exposición a la cavidad oral, eran bacilos Gram negativos anaeróbicos, dentro de los cuales se observaron altas proporciones de Prevotella intermedia, P. gingivalis, y Prevotella melaninogenica.87 Otros estudios empleando sondas de DNA, mostraron que en los sitios donde hubo mayor pérdida de inserción clínica después del retiro de la membrana, las especies P. gingivalis y A. actinomycetemcomitans fueron detectadas en altas concentraciones.88 Del mismo modo demostraron que P. intermedia, Parvimonas micra y Campylobacter rectus fueron detectados en altas proporciones en membranas de sitios quirúrgicos que mostraron ligera o nula ganancia de inserción clínica. Observándose una tendencia negativa en cuanto a la inserción clínica, en membranas retiradas después de seis semanas, relacionada con la detección de P. gingivalis.89 Estudios similares para determinar el efecto de la adhesión bacteriana de especies orales en membranas, analizaron la adhesión de tres especies periodontopatógenas reconocidas (P. gingivalis, A. actinomycetemcomitans y T. denticola) sobre membranas de composición diferente: colágena, politetrafluoroetileno (PTFE) y politetrafluoroetileno expandido (e-PTFE). Los hallazgos revelaron que todas las membranas permitieron la colonización bacteriana, siendo la membrana de colágena la que estadísticamente presentaba mayor adhesión bacteriana de las tres especies orales.90 De igual forma se evaluó la adhesión de once especies bacterianas de la cavidad oral sobre membranas con diferente composición; colágena, e-PTFE y ácido poliláctico, el principal hallazgo fue que la adhesión bacteriana era igual en los tres materiales y sólo hubo diferencias estadísticas en la adhesión de los diferentes microorganismos a través del tiempo.91 Biopelículas en resinas acrílicas La resina acrílica conocida como polimetilmetacrilato tiene una amplia variedad de aplicaciones en el área odontológica, desde la fabricación de cucharillas de impresión, dientes artificiales y bases para sobre dentaduras. Este material que fue comercializado a partir de 1933 y llegó a ser tan popular, que para el año de 1946 la mayoría de las sobre dentaduras eran hechas de polímeros a base de metilmetacrilato. Uno de los principales problemas con el uso de acrílicos en la cavidad oral es la estomatitis causada por la colonización de hongos y levaduras, principalmente de especies de Candida.92 Las especies de Candida más frecuentemente aisladas en pacientes con estomatitis asociada al uso de dentaduras son Candida albicans (75%) y en menor porcentaje Candida glabrata (30%), aunque también han sido aisladas especies como Candida dubliniensis, Candida parapsilosis, Candida krusei y Candida tropicalis.93 C. albicans es un hongo dimórfico que es comensal de la microbiota gastrointestinal y órganos reproductivos de individuos sanos.94 Más aún, en la cavidad oral C. albicans ha sido identificada en biopelícula relacionada con bacterias.95,96 Algunos de los géneros bacterianos que han sido identificados formando biopelículas sobre la superficie de las dentaduras son Streptococcus, Veillonella, Lactobacillus, Prevotella, y Actinomyces.97 Además se ha sugerido que la adhesión bacteriana favorece la adhesión de especies de Candida, lo cual parece posible, ya que las bacterias pueden ser detectadas horas posteriores de la exposición del acrílico al ambiente oral, mientras que las levaduras son detectadas días después.98 Biopelículas en restauraciones con amalgama La amalgama ha sido uno de los materiales metálicos de restauración dental más ampliamente usado en odontología. Este material ha sido efectivamente empleado, desde mediados de 1800, en millones de pacientes en el mundo debido a sus características de bajo costo, fácil aplicación y durabilidad. La amalgama dental es una mezcla de metales, que incluye mercurio, plata, estaño y cobre. Se ha sugerido que la transferencia electrónica juega un papel importante en la adhesión bacteriana en materiales conductores, como el oro y la amalgama. Por ejemplo, se ha observado que biopelículas orales in vivo formadas sobre superficies a base de oro y amalgama con cinco días de maduración, por lo general cubren todo el sustrato, sin embargo, su viabilidad es generalmente baja, alrededor del 8%,99 comparándola con la viabilidad de las biopelículas en el esmalte dental in vivo, que es del 41 al 56%, aproximadamente.100 La baja viabilidad en las biopelículas orales en amalgama podría ser explicada por la liberación de compuestos tóxicos de la aleación. Se sabe que la amalgama consiste aproximadamente 50% de plata (Ag) y 35% de mercurio, los cuales podrían difundir lentamente de la amalgama a la biopelícula.101 Por otra parte, la baja viabilidad de la biopelícula sobre superficies de oro, no puede ser totalmente explicada debido a la liberación de compuestos tóxicos, ya que el oro es completamente inerte. Una probable explicación, es que el relativo espesor de la biopelícula en estos casos podría afectar el suplemento de nutrientes a la totalidad de la biopelícula, generando así la disminución de la viabilidad.99 Biopelículas en restauraciones cerámicas Los materiales cerámicos son utilizados para la rehabilitación oral. Se caracterizan de varias formas de acuerdo a su dureza, fragilidad, capacidad de aislamiento térmico y eléctrico, así como su biocompatibilidad. Las cerámicas más utilizadas en odontología son óxidos como el dióxido de silicio o silica (SiO2), óxido de aluminio o alúmina (Al2O3), y dióxido de zirconio o zirconia (ZrO2). Aunque la cerámica se introdujo a mediados de 1800 en odontología, no fue sino hasta 1960 que se mejoró su técnica de diseño que llevo el uso popular de las cerámicas estéticas en odontología hasta años recientes, tanto para restauraciones cerámicas totales, así como metal-cerámicas.102 Aunque la información de biopelículas en restauraciones cerámicas es relativamente poca, se ha observado que las restauraciones cerámicas pueden albergar menor cantidad de placa dentobacteriana en un periodo de tres días, comparado con otras superficies dentales de la cavidad oral.103 Comparada con el oro y la amalgama, donde se han observado espesores de biopelículas de 11 a 17 μm, en la cerámica se observa con una biopelícula relativamente delgada de 1 a 6 μm pero con una alta viabilidad (30 a 80 %).99 Biopelículas en resinas compuestas Las resinas compuestas están formadas a partir de Bis-GMA (Bisfenol-A-Glicidil Metacrilato) u otros monómeros de dimetil-metacrilato, un material de relleno como la sílica y en la mayoría de las resinas actuales, un foto-iniciador. Uno de sus problemas principales en el inicio de su desarrollo en 1960, era la contracción por polimerización, que afectaba la viabilidad de su uso. En la actualidad, el desarrollo de mejores materiales a base de resinas compuestas con mínima contracción por polimerización, así como un requerimiento de la población por restauraciones estéticas, han generado una demanda mayor que restauraciones metálicas a base de amalgama. La formación de biopelículas en resinas compuestas conlleva una serie de eventos que causan el deterioro de la restauración, lo cual posteriormente promueve una mayor formación de biopelículas y de nuevo, mayor deterioro de las superficies. Las manifestaciones clínicas resultantes de este ciclo, son caries alrededor o debajo de la restauración.104 El deterioro de las resinas compuestas es demostrado por el incremento en la rugosidad, exposición de las partículas de relleno y en ocasiones, por disminución en la microdureza de los biomateriales, cuando éstos se exponen a biopelículas in vitro. Por ejemplo, se ha observado que después de la exposición a una biopelícula de Streptococcus mutans, la resina compuesta con relleno de partículas entre los 0.04 µm y 0.2 µm muestra un incremento en la rugosidad mayor a los 40 nm, esto sin afectar la microdureza. Por otra parte, las resinas compuestas con un tamaño de partícula más grande (0.1 a 3.5 µm) se mantienen significativamente menos rugosas (alrededor de 15 nm), posterior al crecimiento de la biopelícula.4 ESTRATEGIAS PARA LA REGULACIÓN DE LA FORMACIÓN DE BIOPELÍCULAS EN SUPERFICIES DE DISPOSITIVOS Y BIOMATERIALES DE RESTAURACIÓN En las últimas décadas han sido desarrolladas diferentes estrategias con el objetivo de prevenir la adhesión bacteriana, así como la formación de biopelículas en biomateriales o dispositivos implantables. Éstas, incluyen estrategias antiadhesivas, colocación de recubrimientos antimicrobianos y sistemas de liberación de antibióticos entre otros. Los sistemas de liberación de antibióticos se utilizan con frecuencia en los cementos empleados en cirugías de reemplazo total de cadera y artroplastia de rodilla, con el fin de alcanzar altas concentraciones locales del antimicrobiano que no pueden ser logradas con administración sistémica.105 Estos cementos óseos son basados en material acrílico y cargados con hasta 2% en peso con algún antibiótico, sin afectar sus capacidades de carga. En aplicaciones libres de carga, como para tratamiento de osteomielitis, pueden ser empleadas concentraciones más altas. La liberación del antibiótico ocurre en una alta liberación inicial, la cual debe ser efectiva para eliminar los microorganismos durante el tiempo perioperatorio y postoperatorio tempano; sin embargo, la liberación posterior del antibiótico, al parecer nunca es completa. Por ejemplo, en cementos cargados con gentamicina se ha observado que pueden liberar antibiótico hasta cinco años después a su implantación, pero en una concentración mucho más baja que la inicial, lo que podría relacionarse con el desarrollo de resistencia microbiana.106 La plata (Ag) y sus sales han sido utilizadas como agentes aplicados a catéteres. Los iones solubilizados de plata constituyen su forma bioactiva y pueden ser liberados en diferentes maneras, a través de recubrimientos o películas cargadas de plata.107 La liberación sostenida de plata en su fase bioactiva (fase Ag (I)) durante periodos de días hasta semanas es difícil de obtener, e igualmente existe preocupación de que la liberación de plata pueda generar resistencia lo cual disminuya su utilidad. Más aún, en resultados in vitro e in vivo, se ha observado que la eficacia antimicrobiana de los recubrimientos con plata, depende de la concentración que puede ser alcanzada en su fase bioactiva, lo cual depende tanto del volumen del fluido donde es liberada, como del recambio del mismo. Se ha sugerido que esta causa es una de las razones por que la eficacia de los cementos de ionómero de vidrio basados en plata se ha limitado a experimentos in vitro.108 Los compuestos de amonio cuaternario son utilizados como agentes para la inhibición del crecimiento bacteriano. La actividad antimicrobiana de estos compuestos se debe a las interacciones tanto iónicas como hidrofóbicas entre los compuestos y los componentes de la pared bacteriana, lo cual lleva a una muerte celular o alteración en los procesos metabólicos celulares.109 Una de las características de este tipo de compuestos es que pueden mantener sus propiedades antimicrobianas cuando están acoplados a una superficie sin ser liberados dentro del cuerpo.110 Sin embargo, los recubrimientos a base de compuestos de amonio cuaternario antimicrobianos por contacto, dejan una capa de bacterias muertas que facilitan la colonización de nuevas bacterias. En el caso de dispositivos implantables, estos compuestos podrían ser usados sólo cuando exista un reto bacteriano único o cuando el sistema inmune ayude a la remoción de los restos bacteriano. Otra de las estrategias en biomateriales dentales son las resinas compuestas con liberación mejorada de fluoruro, las cuales son desarrolladas con el fin de reducir la formación de biopelículas y sus efectos en el esmalte adyacente. Se ha observado que la cantidad de flúor liberada de estas resinas es menor que la de los cementos a base ionómeros de vidrio, y esta decrece a través del tiempo.111 Los estudios clínicos que han comparado este tipo de resinas con resinas compuestas sin liberación de flúor, reportan datos contradictorios en relación a su capacidad de prevenir o inhibir el desarrollo de caries secundaria o afectar el crecimiento de especies bacterianas asociadas a caries dental.112 Es importante mencionar que, como en el caso de los sistemas de liberación de antibióticos, los resultados que en ocasiones son contradictorios, podrían ser causa de las diferencias experimentales en el área de liberación donde es colocado el biomaterial y el volumen del fluido en el cual el compuesto antibacterial es liberado. CONCLUSIONES Como se ha discutido, la formación de las biopelículas en dispositivos y biomateriales utilizados en las áreas médica y odontológica, puede constituir un problema de salud importante cuando éstos son implantados en el cuerpo humano. Por lo tanto, la necesidad de comprender los mecanismos de formación y crecimiento de las biopelículas en dispositivos o biomateriales de restauración y rehabilitación empleados en la cavidad oral y otras áreas del cuerpo, es de gran relevancia si pretendemos tener tratamientos exitosos a largo plazo. En la actualidad, existen estrategias para poder tener cierto control sobre el desarrollo y maduración de las biopelículas formadas sobre diferentes biomateriales, las cuales se basan en estrategias antiadhesivas, recubrimientos antimicrobianos y sistemas de liberación de antibióticos, tratando de evitar principalmente, el primer paso en la formación de la biopelícula; la adhesión bacteriana. Sin embargo, muchas de estas estrategias han mostrado su potencial, en modelos in vitro y estudios preclínicos, observándose por tanto la necesidad de realizar modelos basados en fases clínicas. Finalmente, es importante tener en mente la particularidad del ambiente oral y su ecología microbiana compleja, para poder desarrollar nuevas estrategias en el control de formación de biopelículas en dispositivos de implantación. De esta manera se podrá alargar el tiempo de duración exitosa, mejorando la calidad de vida del individuo rehabilitado con algún tipo de estos biomateriales o dispositivos. * Los autores agradecen el apoyo del proyecto UNAM-PAPIIT #IN220416. Referencias 1. Grossner-Schreiber B, Teichmann J, Hannig M, Dorfer C et al.: Modified implant surfaces show different biofilm compositions under in vivo conditions. Clin Oral Implants Res 2009;20:817-826. 2. 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Sin embargo, dos de las enfermedades orales más comunes: caries y enfermedad periodontal, son el resultado de una biopelícula microbiana que ha llegado a convertirse en una disbiótica, debido a la existencia de variaciones en la fisiología del huésped y factores ambientales que aún no han sido entendidos por completo. Los beneficios de la higiene oral diaria en la salud oral han sido reconocidos desde hace mucho tiempo.3 Durante décadas, el control de la acumulación de placa bacteriana sobre las superficies dentales ha sido la piedra angular de la prevención de la caries y la enfermedad periodontal. La limpieza mecánica dental a través del cepillado con pasta dental es considerada la estrategia de higiene oral más común y potencialmente más efectiva. Sin embargo, el hecho de que siga existiendo una alta prevalencia de estas enfermedades a nivel mundial, sugiere que una proporción significantemente alta de la población está fallando en realizar una eliminación adecuada de la biopelícula dental. A pesar de las innovaciones tecnológicas, el nivel de la higiene oral mecánica diaria sigue siendo inadecuado.4,5,6 Los esfuerzos de los pacientes por llevar a cabo una higiene oral eficiente, con frecuencia se ven comprometidos por la presencia de áreas de difícil alcance dentro de la cavidad oral, así como de falta de destreza y baja motivación. Por consiguiente, el uso de enjuagues orales antimicrobianos, adjunto a los regímenes de higiene oral mecánica, pude ser considerado un auxiliar útil en la prevención de la acumulación de placa dental.7,8,9,10 Los enjuagues orales son un vehículo ideal para la incorporación de químicos para reducir la biopelícula, además de ser apreciados por los pacientes debido a su facilidad de uso y efecto refrescante del aliento.11,12,13 Su utilización no es nueva, se remonta hasta hace más de 4000 años y ha sido atribuido primero a los chinos, cerca del año 2700 a. de C. Desde entonces, el enjuague bucal ha sido utilizado por varias civilizaciones, como la Romana y la Griega, para el tratamiento de condiciones relacionadas con la salud bucal (incluyendo el tratamiento de los desórdenes de la encía) y para la promoción de la limpieza oral.14 En la década de 1880, el dentista entrenado en microbiología Willoughby D. Miller fue el primero en sugerir el uso de un enjuague antimicrobiano que contenía componentes fenólicos, para combatir la inflamación gingival.15 En las últimas décadas, el uso generalizado de los enjuagues bucales ha provocado una gran competencia entre los fabricantes por el mercado disponible. Esto ha llevado a que se hagan afirmaciones comerciales sobre la eficacia de los productos, sin que a veces se cuente con el soporte científico adecuado. Por lo tanto, teniendo en cuenta el nivel de competencia entre las diferentes marcas comerciales disponibles, es importante que cuando un enjuague oral determinado sea aconsejado como auxiliar en el control de la biopelícula dental, se conozca la evidencia científica sobre los beneficios reales en la salud oral prometidos por un producto. En el presente capítulo, se presenta una breve revisión de las diferentes alternativas mecánicas, químicas y biológicas que han sido comúnmente utilizadas para controlar el crecimiento de biopelículas orales. De igual manera, se presentan nuevas estrategias con un enfoque más ecológico, cuya meta se enfoca en controlar la biopelícula para restaurar la homeostasis, mediante la modulación de la composición y crecimiento de la biopelícula, más que la eliminación completa de la comunidad microbiana. CONTROL MECÁNICO DE LA BIOPELÍCULA DENTAL Desde que Löe et al., a mediados de la década de 1960, establecieron el papel esencial de la placa dental como el agente etiológico responsable de la gingivitis,16 el control de la acumulación de la biopelícula en los dientes ha sido la clave de la prevención de la enfermedad periodontal. La remoción física de la placa dental por métodos mecánicos es una de las estrategias más simples, eficientes y más comúnmente usadas para el control de las biopelículas orales. Sin embargo, requiere de un paciente motivado, que use los dispositivos de remoción mecánica en forma adecuada, con un tiempo de duración suficiente y una frecuencia apropiada, lo cual es raramente el caso. Existen estudios que han demostrado que la eliminación de la biopelícula oral cada 48 horas es suficiente para prevenir el desarrollo de caries y gingivitis.17,18 Aunque la recomendación por los profesionales dentales, es de una frecuencia de cepillado de 2 a 3 veces al día. Esta recomendación está justificada por la idea de que una frecuencia de cepillado mayor, incrementará la eficacia de eliminación de la biopelícula y por otro lado, aumentará los efectos benéficos de los componentes terapéuticos de la pasta dental como el flúor,17 así como los abrasivos de eliminación de manchas,19 cumpliendo además con la demanda de un aliento fresco. Por lo general, el cepillado dental es acompañado por el uso de pasta dental, que suele contener un agente antimicrobiano. Los agentes antimicrobianos más comunes agregados a las pastas dentales son sales de flúor y triclosán. La eficacia de la pasta dental fluorada en la reducción de caries dental ha sido bien establecida,20 mientras que el triclosán ha probado ser efectivo en controlar el crecimiento de la placa dental.21 Aún con un cepillado dental efectivo para remover la biopelícula presente en las superficies dentales bucal, lingual y oclusal, no alcanzará las áreas interdentales de los dientes presentes, resultando en partes de aquellos que permanecen sin limpiar. En un periodonto sano, la encía interdental llena el espacio entre dos dientes, apical a su punto de contacto. Ésta es un área “protegida”, a la cual es difícil acceder cuando los dientes están en su posición normal. Cuando existe inflamación de la papila, el área interdental presentará condiciones locales que permiten el establecimiento y maduración de la placa bacteriana. Esto, a su vez, favorecerá al desarrollo de la enfermedad periodontal, por lo cual una higiene interdental efectiva contribuye directamente al mantenimiento de la salud periodontal.22 Una buena higiene oral interdental requiere de un dispositivo que pueda penetrar entre dientes adyacentes.6 Evidencia indica que lograr un control de placa ideal por medio del cepillado dental, combinado con la eliminación de la placa interdental una vez cada 24 horas, es adecuado para prevenir el inicio de la gingivitis y prevenir la caries interdental.18 Desafortunadamente, el uso de dispositivos de limpieza interdental, adjunto al cepillado dental es poco frecuente, incluso en países desarrollados, el porcentaje de individuos que utilizan dispositivos de limpieza interproximal de forma diaria, va del 11 al 51%.23 Hoy en día, numerosos dispositivos de limpieza interdental en el mercado cubren las necesidades de control personal de los pacientes. No obstante, la abundancia de productos dificulta a los pacientes decidir por ellos mismos cuál es el dispositivo adecuado. Esto también aplica para el profesional dental, para quien puede resultar un reto dar recomendaciones individualizadas a los pacientes acerca de la selección y uso apropiados de estos dispositivos. Las preferencias y la probabilidad esperada del uso del producto de limpieza interdental de los pacientes son aspectos importantes a considerar. Además es importante conocer la evidencia científica existente sobre los resultados esperados del uso de tales dispositivos antes de hacer una recomendación. Un dispositivo de limpieza interdental ideal debería ser amigable, remover efectivamente placa y no tener efectos dañinos en los tejidos duros y blandos. Las recomendaciones de control personal para la limpieza interdental se han enfocado en la utilización del hilo dental, el cual quizás es el método más recomendado.24 A pesar de esto, la evidencia científica que soporta su uso como adjunto a la limpieza mecánica es controversial. Mientras que datos reportados en la revisión sistemática realizada por Berchier et al., en 2008, apuntan a un efecto benéfico del uso del hilo dental, junto al cepillado, en la disminución de los niveles de placa,25 y la revisión Cochrane realizada por Sambunjak et al., concluye que en términos de reducción de la inflamación gingival, el uso del hilo dental más el cepillado tiene un beneficio estadísticamente significativo, comparado con el uso del cepillado dental por sí solo;26 otra publicación sugiere que la evidencia para recomendar el uso del hilo dental como adjunto en la reducción de placa no es fidedigna.27 Sin embargo, aunque la evidencia disponible no apoya de manera consistente la utilización del hilo dental como un auxiliar útil en el cuidado de la salud periodontal, la baja evidencia sobre su eficacia, no excluye su uso para ciertas situaciones. Por ejemplo, en situaciones interdentales que sólo permiten la penetración de una hebra de hilo dental, el hilo dental es la mejor herramienta disponible. Pero para que la utilización del hilo dental se realice de forma apropiada, el profesional dental deberá ofrecer al paciente, la instrucción adecuada y la suficiente motivación28 Otro aditamento utilizado para limpieza mecánica interdental son los cepillos interdentales, de los cuales se ha reportado una eficacia en la reducción de la gingivitis del 34% y una reducción del 32% en los niveles de placa, cuando fue utilizado junto al cepillado dental y comparado con el cepillado dental solo.4 Esto sugiere que, en comparación con la utilización del hilo dental, los cepillos interdentales son dispositivos más efectivos para remover la placa interdental. Además, cuando las preferencias del paciente son evaluadas comparando cepillos interdentales e hilo dental, los pacientes prefieren cepillos interdentales, debido a que son más simples de usar.29 En la revisión sistemática hecha por Slot et al.,30 y la revisión Cochrane, realizada por Poklepovic et al.,31 enfatizan la efectividad de los cepillos interdentales como un adjunto al cepillado dental para la eliminación de placa interdental en pacientes adultos. La evidencia derivada de estas revisiones apoya la recomendación de los profesionales dentales a sus pacientes, para la utilización de cepillos interdentales. La principal ventaja de los cepillos interdentales yace en su superioridad en alcanzar surcos interdentales o fisuras, las cuales pueden no ser tocadas físicamente por ningún otro dispositivo de limpieza interdental.32 Aunque el cepillado interdental tiene un excelente efecto en la parte central del espacio interdental y puede remover placa hasta por 2 a 2.5 mm por debajo del margen gingival,33 la elección del tipo de dispositivo debe ser hecha en relación a las características de los espacios interdentales, si están abiertos o cerrados.34 Una gran variedad de cepillos interdentales con diferentes formas y tamaños son necesarios en la práctica clínica para acomodarse a la diversidad de los espacios interdentales de los pacientes, ya que la mayoría de los espacios interdentales en los dientes anteriores son pequeños y con una forma que sólo posibilita el uso del hilo dental. Mientras que premolares y molares tienen espacios interdentales más grandes y son accesibles con cepillos interdentales.35 Desafortunadamente, no existe un auxiliar “universal” que se ajuste a todos los sujetos y a todas las situaciones y que haga el trabajo por sí mismo. La elección del mejor régimen de control mecánico de placa para cada paciente, no depende ni del juicio del clínico ni de la evidencia científica disponible, sino en el arte de combinar los dos a través de la interacción con el paciente para encontrar la mejor opción personalizada para cada individuo,36 para así asegurar la utilización a largo plazo de los dispositivos de limpieza interdental.37 Por último, se debe tener en mente que incluso con una buena higiene oral, la acumulación y mineralización de biopelícula dental puede ocurrir, por esto es que para mantener la salud oral, la limpieza profesional es necesaria. Esta profilaxis usualmente es realizada con un equipo manual, sónico o ultrasónico para remover el cálculo y la placa. La intervención profesional especializada es obligada una vez que una biopelícula patogénica ha colonizado las superficies dentales, causando caries o enfermedad periodontal. Los procedimientos usados para tratar la periodontitis son el raspado y alisado radicular, el cual consiste en la eliminación de placa y cálculo dentro de las bolsas periodontales, entre la encía y el diente, eliminando o perturbando tanto como sea posible la comunidad microbiana oral, para de esta forma, reiniciar el proceso de colonización por microorganismos asociados con salud. CONTROL QUÍMICO DE LA BIOPELÍCULA DENTAL Como ya se mencionó, el uso del enjuague oral por los seres humanos se remonta a más de 4000 años. Sin embargo, fue hasta la década de los años sesenta, que los progresos en la comprensión de la etiología bacteriana de la caries y la enfermedad periodontal, permitieron que el interés en el uso los antimicrobianos para combatir estas enfermedades ganara terreno. Podría decirse que la comercialización de la clorhexidina como antiséptico oral anunció la introducción del concepto del “control químico de la placa”, por medio del uso de enjuagues orales. Las propiedades que un enjuague oral debe cumplir son: 1) ser seguro; 2) ser capaz de eliminar las bacterias de la placa en áreas difíciles de alcanzar; 3) tener buen sabor; 4) ser de bajo costo y, 5) ser fácil de usar.38 La lista de agentes químicos que han demostrado beneficios científicamente comprobados es larga41 (cuadro 10-1). Sin embargo, en este capítulo sólo se revisarán con más profundidad los agentes antiplaca más utilizados en los enjuagues orales recomendados en la práctica clínica odontológica. Cuadro 10-1. Agentes antiplaca usados comúnmente en formulaciones comerciales de enjuagues orales Agente Mecanismo de acción Referencia Clorhexidina Inhibe la adhesión bacteriana. Bacteriostático a altas concentraciones. En concentraciones subletales inhibe: a) Transporte de azúcares y producción de ácidos en especies de Streptococcus asociados con la caries dental. b) Varias funciones de membrana en Streptococcus sp., incluyendo inhibición de las enzimas responsables de mantener un pH apropiado intracelular. c) Producción de la proteinasa gingipaina del patógeno periodontal P. gingivalis. Baehni y Takeuchi, 2003; Hope y Wilson, 2004; Houari y Di Martino, 2007; Löe y Schiott, 1970; Modesto y Drake, 2006; Pratten et al., 1998; Rölla y Melsen, 1975 Triclosán Inhibe la biosíntesis de ácidos grasos y la enzima reductasa ACP-enoyl relacionada a FabI. Disrupción de la pared celular bacteriana. Binney et al., 1997; Heath et al., 2001; Owens et al., 1997; Scheie y Petersen, 2008 Aceites esenciales (timol, eucaliptol) Destrucción de la pared celular bacteriana, inhibición enzimática y extracción de lipopolisacáridos bacterianos. Leszczynska et al., 2011; Myel, 1994 Cloruro de cetilpiridinio (CPC) Desestabilización de la membrana celular bacteriana. Leszczynska et al., 2011 Fluoruro de amina/Fluoruro de estaño Los iones de estaño se unen al ácido lipoteicoico de la superficie de bacterias Gram positivas revirtiendo su carga superficial, o bien, los iones de estaño desplazan iones calcio, alteryo las funciones enzimáticas de la célula bacteriana. Bansal et al., 1990; Bullock et al., 1989; Kay y Wilson, 1988; Mayhew y Brown, 1981; Delmopinol, Octapinol Inhibición de la formación de la placa dentobacteriana por medio de la interferencia con la formación de la matriz de exopolisacáridos y reducción de la adhesión bacteriana. Addy y Moran, 2008; Eley, 1999 Clorhexidina La clorhexidina fue descubierta a finales de 1940, cuando científicos que buscaban desarrollar agentes antipalúdicos (antimalaria), desarrollaron un grupo de compuestos llamados polibisguanidas, que demostraron tener un amplio espectro antimicrobiano. Años después, Davies et al., en 1954 encontraron que ciertas bisguanidas tenían un espectro antimicrobiano muy amplio. Por variaciones estructurales, ellos lograron obtener un agente catiónico sintético con amplias características bacteriostáticas y bactericidas, dicho agente fue referido como clorhexidina (CHX).42 La CHX es una bisguanida catiónica que es activa contra una amplia variedad de microorganismos Gram positivos y Gram negativos, anaerobios facultativos, aerobios y levaduras. Una característica importante de la CHX y que la hace tan efectiva en el control la biopelícula dental es que puede incorporarse a la película salival adquirida que cubre la superficie de los dientes, de forma que la adhesión bacteriana es inhibida.43,44 Además, la CHX presenta un efecto de sustantividad, es decir, cuando se adhiere a la superficie de los dientes, permanece ahí por largos periodos antes de ser diluida o removida por el flujo salival, manteniendo su actividad antiplaca por largo tiempo. Sin embargo, debido a esta misma propiedad, la CHX tiene un efecto negativo que contraindica su uso diario, ya que provoca pigmentaciones pardo-amarillentas en los dientes si es usada por largos periodos. A bajas concentraciones la CHX es bacteriostática contra la mayoría de las bacterias orales. Puede interferir con el metabolismo bacteriano por medio de la inhibición del transporte de azúcares, la producción de ácidos, y en varias funciones de la membrana de especies de Streptococcus cariogénicos, también interfiere en una proteasa principal (gingipaina) del patógeno periodontal Porphyromonas gingivalis.45,46 En altas concentraciones, la CHX es bactericida y actúa como un detergente dañando la membrana de la célula bacteriana.47 Los efectos benéficos del uso de la CHX adjunto al del cepillado dental en la prevención de la acumulación de placa y la inflamación gingival han sido enfatizados en revisiones sistemáticas publicadas previamente. En la revisión sistemática realizada por Gunsolley, el análisis mostró una reducción del 40.4% del índice de placa.8,48 Mientras que en la revisión sistemática por Van Strydonck et al., se concluyó una reducción del 33% de la acumulación de placa y una reducción del 26% de la gingivitis.49 Finalmente, en la revisión sistemática más reciente, realizada por Serrano et al., donde se evaluó la eficacia del uso de las formulaciones químicas antiplaca como auxiliares al control mecánico oral, en el manejo de la gingivitis se encontraron mejoras estadísticamente significativas en términos de acumulación de placa e índice gingival con el uso de enjuagues con CHX. Sin embargo, es importante mencionar que todos los grupos que usaron CHX, mostraron de manera significativa mayor pigmentación de las superficies dentales.41 En el mercado están disponibles dos diferentes formulaciones de CHX, una al 0.12% y otra al 0.2%, para lograr la dosis ideal de 18 a 20 mg/uso. Berchier et al., en su revisión sistemática evaluaron las dos diferentes concentraciones de CHX en relación a la prevención de la acumulación de placa y la inflamación gingival. En general, en esta revisión sistemática, el análisis mostró que no hubo diferencias en los parámetros clínicos evaluados, comparando las dos concentraciones de CHX.50 Las preparaciones con CHX han estado disponibles por muchas décadas y han probado, hasta ahora una insuperable efectividad antiplaca. Sin embargo, la pigmentación de los dientes asociada con el uso de CHX, y otros efectos adversos locales como la disgeusia, continúan como barreras que contraindican el uso a largo plazo de este agente.51 Hoy en día, la CHX sigue siendo el “estándar de oro” de los antisépticos orales. Aunque ya han pasado casi 50 años desde el inicio de su comercialización como agente antiplaca, parece sorprendente que un producto químico alternativo con eficacia equivalente o superior no haya sido descrito hasta ahora.52,53 Triclosán El triclosán (TCL) es un compuesto aromático clorado no iónico que tiene grupos funcionales representativos de éteres y fenoles. Tiene propiedades antibacteriales y antifúngicas, y su mecanismo de acción se debe a la inhibición de la reductasa enoyl-ACP [acyl-carrier-protein] relacionada a enzima FabI (enzima clave en la biosíntesis de ácidos grasos esenciales para la formación de la membrana bacteriana).54,55 Su uso es generalizado en productos de consumo cotidiano como jabones y detergentes antibacteriales, así como en productos de salud oral como enjuagues orales y pastas dentales. En enjuagues orales se conbina con sulfato de zinc o un copolímero. Se sabe que las formulaciones con TCL no son tan efectivas como las formulaciones con CHX,56 probablemente debido a la habilidad limitada del TCL para unirse a tejidos intraorales.57,58 No obstante, diversos estudios clínicos han demostrado que las pastas dentales que contienen triclosán y citrato de zinc, reducen significativamente la acumulación de placa y la inflamación gingival.41,59,60 Además, se ha evaluado el efecto de los enjuagues adicionados con TCL como agentes precepillado dental en la eliminación de la placa, y los resultados han mostrado efectos benéficos significativos.61 Aceites esenciales Los aceites esenciales (Aes) son usados en enjuagues orales, los cuales contienen una fórmula fija de timol al 0.064% y eucaliptol al 0.092%, mezclados con mentol al 0.042% y salicilato de metilo al 0.060%, en un vehículo de alcohol al 22%. El mecanismo de acción antimicrobiano de los Aes contra las bacterias es complejo. En altas concentraciones, hay una disrupción de la pared celular y precipitación de proteínas celulares, mientras que a bajas concentraciones, hay inactivación de enzimas esenciales. Además, se ha propuesto una acción antiinflamatoria basada en su actividad antioxidante. Uno de los principales efectos adversos derivado de la utilización de enjuagues bucales con Aes es la pigmentación de los dientes.62,63 Al día de hoy existen varias revisiones sistemáticas en donde se ha evaluado la eficacia de los Aes como adjuntos al cepillado dental en la prevención de la acumulación de placa y en la inflamación gingival. La revisión sistemática por Gunsolley reportó una reducción del 27% en el índice de placa tras el uso del enjuague oral con Aes. Mientras que los datos con respecto al índice gingival mostraron un porcentaje de reducción del 18.2%.8 La revisión sistemática realizada por Stoeken et al., la cual incluyó 11 estudios con duración de seis o más meses, evaluó los efectos del enjuague oral con Aes en la acumulación de placa y en los parámetros de inflamación gingival. Los autores concluyeron que el enjuague oral con Aes proporciona un beneficio adicional en la reducción de placa y gingivitis cuando es usado como un auxiliar a la higiene oral mecánica, esto comparado con el control (enjuague bucal con hidroalcohol al 5%).64 Estos hallazgos fueron confirmados en otra revisión sistemática más reciente.41 La utilización de un enjuague bucal con Aes parece una alternativa razonable al uso de la CHX. La revisión sistemática por Van Leeuwen et al.,9 identificó 19 estudios que evaluaron el efecto adjunto al cepillado dental de los enjuagues con Aes, contra el efecto de CHX en diseños de estudios a largo plazo (≥ 4 semanas). Los resultados mostraron que el enjuague con CHX proporcionó efectos significativamente mejores con respecto a la reducción de placa, en comparación con los enjuagues orales con Aes. Sin embargo, no se encontraron diferencias significativas con respecto a la reducción de la inflamación gingival entre los enjuagues bucales con Aes y con CHX. Posteriormente, otra revisión sistemática comparó el efecto de un enjuague oral con Aes, contra el efecto de enjuagues con CHX en concentraciones al 0.1% y 0.2%. Los parámetros evaluados fueron: acumulación de placa y cálculo, manchado dental e inflamación gingival, en diseños de estudio a corto plazo (<4 semanas) o largo plazo (>4 semanas). Los resultados mostraron que la CHX fue significativamente mejor en cuanto a la reducción de la acumulación de placa en comparación con la formulación de Aes en los estudios a corto y largo plazo. No obstante, el manchado de los dientes y la acumulación de cálculo fueron mayores entre los sujetos que usaron CHX en comparación con los que usaron la formulación con Aes. Los Aes y la CHX no tuvieron diferencias significativas con respecto al control de la inflamación gingival a largo plazo.65 En conjunto, los datos sugieren que los Aes podrían ser una alternativa confiable a la CHX para el control de la inflamación gingival; sin embargo, la evidencia indica que la CHX sigue siendo la primera opción, cuando el control de placa es la prioridad de la terapia. Cloruro de cetilpiridino El cloruro de cetilpiridinio o CPC (por sus siglas en inglés, Cetylpyridinium chloride), es un componente de amonio cuaternario catiónico con actividad antibacteriana de amplio espectro, que se absorbe con rapidez a las superficies orales. Su molécula tiene grupos hidrofílicos e hidrofóbicos, lo que posibilita interacciones hidrofílicas e hidrofóbicas. La región hidrofílica de la molécula del CPC cargada positivamente tiene una alta afinidad de unión para las células bacterianas cuya superficie tiene carga neta negativa. La fuerte carga positiva y la región hidrofóbica del CPC, posibilitan su interacción e integración dentro de la membrana citoplasmática de la célula microbiana. Como resultado de esta interacción, hay alteración de la integridad de la membrana provocando pérdida de los componentes celulares, alteración del metabolismo celular, inhibición del crecimiento celular y finalmente a la muerte celular.66,67 Se ha sugerido que los enjuagues orales con CPC pueden ser auxiliares importantes en pacientes con alta susceptibilidad de enfermedad periodontal o quienes carecen de la destreza para limpiar sus dientes efectivamente con métodos mecánicos.68 a 71 Varios grupos de investigación han reportado efectos secundarios inducidos por el uso del CPC como la pigmentación de dientes y lengua, ulceraciones72, 73 y sensación quemante.74,75 Según la revisión sistemática realizada por Haps et al., donde se evaluó la aparición de efectos adversos, sólo uno de los cinco estudios incluidos, reportó manchado de la lengua y de los dientes como significativamente relevante.76 El manchado causado por el CPC tiene una etiología dietética similar a las inducidas por soluciones de CXH, pero ésta parece ser menos severa.77 Estos fenómenos reflejan la baja sustantividad del CPC, lo cual también puede explicar su menor eficacia en comparación con la CHX. A pesar de su retención inicial más alta, el CPC es eliminado de la cavidad oral más rápidamente, ya que la duración del efecto terapéutico medido a través de la actividad antibacteriana salival residual, está presente por 90 min después del enjuague con CPC, mientras que el enjuague con CHX está presente hasta después siete horas después de su uso.77 a 80 No obstante, sus efectos secundarios menos prominentes, apoyan la idea de que el CPC podría tener uso auxiliar a más largo plazo para la higiene oral incluso con su potencia, aparentemente menor en comparación con la CHX. A la fecha, algunas revisiones sistemáticas con respecto a la eficacia del efecto de CPC como adjunto al cepillado dental en la prevención de la acumulación de placa y la inflamación gingival han sido publicadas. En la revisión sistemática de Gunsolley,8 que incluyó siete estudios con duración de seis meses o más, el resultado del efecto con respecto al índice de placa demostraron un porcentaje de reducción del 15.4%. Mientras que los resultados con respecto al índice gingival mostraron un porcentaje de reducción del 13.4%. Considerando los estudios realizados, cabe señalar que las formulaciones con CPC son útiles como auxiliares al control mecánico de la biopelícula dental, pero esta conclusión debe ser tomada con precaución debido a la heterogeneidad de los estudios incluidos para el análisis, la evaluación de diferentes formulaciones con diferentes concentraciones del agente, además de la corta duración de algunos estudios. Delmopinol El delmopinol es un alcohol amino derivado del morfolinoetanol y es considerado un agente antiplaca de tercera generación, que ha mostrado capacidad de inhibir la gingivitis.81 a 84 Estudios sobre el delmopinol, revelaron que la formación de una biopelícula de Streptococcus expuesta a este compuesto, estaba laxamente adherida a la superficie,85 y que ocasionaba una reducción significativa en la viabilidad de estas especies.86 Estos hallazgos sugieren que el delmopinol puede interferir con la formación de la matriz de exopolisacáridos de la biopelícula, reduciendo la adherencia de las bacterias colonizadoras secundarias.87 La efectividad del delmopinol, acoplada con el potencial reducido de pigmentación de los dientes, en comparación con la CHX, hacen de este compuesto una alternativa potencial al uso de la CHX para el control de la placa.88 En el meta-análisis realizado por Addy et al.,89 se reportaron los resultados de los efectos de los enjuagues con delmopinol al 0.2% en pacientes con gingivitis. Los resultados de este metaanálisis con más de 1000 pacientes incluidos, confirmaron la efectividad del delmopinol al 0.2%, en el manejo de la placa y la gingivitis cuando es usado en conjunto con prácticas de higiene oral mecánica regulares. Por otra parte, también han sido reportados efectos secundarios al uso del delmopinol, como la pigmentación de los dientes y de la lengua.88,90,91 Sin embargo, la incidencia de estos fenómenos ha sido similar o menor a la reportada con el uso de la CHX.88,89,91 Fluoruro de amina y fluoruro de estaño Los fluoruros juegan un papel importante en la promoción de la salud oral, promoviendo la remineralización e inhibiendo la desmineralización del esmalte, así como agentes con actividad antibacterial. Estos efectos benéficos pueden ser mejorados cuando el fluoruro está asociado con iones amina o estaño.92 Se sabe que, tanto el fluoruro de amina (FAm), como el fluoruro de estaño (SnF2), poseen actividad bactericida.93,94 El FAm está asociado con una reducción en la adhesividad de la placa dental, debido a su afinidad por la superficie del esmalte. Este compuesto se esparce rápidamente sobre las superficies de la cavidad oral, debido a su carácter tensoactivo, además de desarrollar un efecto bacteriostático y bactericida.95 También se ha reportado que el FAm inhibe el crecimiento de poblaciones bacterianas mixtas encontradas en la biopelícula subgingival.96,97 Por otro lado, el SnF2 ha sido utilizado en formulaciones de dentífricos, y en gel al 0.4% ha sido usado para reducir la gingivitis.98,99 El SnF2 libera iones F- y Sn2+ en la cavidad oral, lo cual provoca un efecto antimicrobiano.100 También se ha reportado que el SnF2 puede causar pigmentaciones marrón-amarillentas en los dientes. Un estudio mostró que el efecto inhibidor de la placa dental utilizando una solución con SnF2, fue equivalente al efecto de la CHX, cuando cada agente fue usado dos veces al día.101 Adicionalmente, otro estudio mostró por microscopia electrónica de barrido, una inhibición casi total de la placa con el uso de un enjuague con SnF2 al 0.1% dos veces al día.102 A este respecto se ha reportado que el SnF2 provoca una alteración de las propiedades adhesivas de las bacterias al esmalte103 y que la acumulación de estaño dentro de las bacterias puede provocar alteración en el metabolismo bacteriano.102 Los resultados de las revisiones sistemáticas que han evaluado la eficacia del SnF2 como auxiliar al cepillado dental en la prevención de la acumulación de placa e inflamación gingival son contradictorios. En la revisión sistemática realizada por Paraskevas y van der Weijden, se reportó que los enjuagues con SnF2 no disminuyeron de manera consistente la acumulación de placa o la presencia de gingivitis.99 Mientras que una revisión sistemática más reciente, reportó una reducción significativa en los niveles de placa y en la inflamación gingival, cuando estos agentes fueron utilizados.41 La combinación de FAm/SnF2 ha mostrado una inhibición mucho mayor que cuando estos productos son usados de forma individual.104 Sin embargo, el efecto antibacteriano de FAm/SnF2 parece ser más prolongado en pacientes con cantidades pequeñas de placa.105 Consideraciones importantes para la selección de agentes químicos para el control de la biopelícula dental Antes de que los profesionales de la salud prescriban o se recomienden un agente químico para el control de la placa, deberán tomar en cuenta la efectividad clínica comprobada del producto seleccionado. Sólo los productos que han demostrado actividad clínica usando criterios de seguridad y eficacia aceptados, deberán ser recomendados a los pacientes, de acuerdo con las necesidades clínicas específicas.68 A continuación se describen algunos factores importantes a considerar para la selección de un agente químico para el control de la placa: • Contenido de alcohol en el agente antiplaca. El alcohol en los enjuagues bucales es usado para incrementar el impacto del sabor, para solubilizar algunos ingredientes activos y para mejorar el transporte de ingredientes activos dentro de la biopelícula.106 En las últimas décadas, ha habido una preocupación de que el alcohol en los enjuagues orales sea convertido a acetaldehído en la cavidad oral, lo cual podría causar daño y mutaciones en el DNA de las células de la cavidad oral. A este respecto, un metaánalisis realizado por Gandini et al. en donde se evaluó la relación del uso de enjuagues bucales que contenían más del 25% de alcohol y la aparición de cáncer oral. Con base en el análisis realizado, los investigadores no encontraron asociación estadísticamente significativa entre el uso de enjuagues bucales y el riesgo de cáncer oral, tampoco existió una tendencia significativa observada en el riesgo incrementado de ocurrencia de cáncer oral con el uso diario.107 • Efectos secundarios derivados del uso prolongado de agentes químicos utilizados en el control de la biopelícula dental. Varios efectos adversos han sido reportados para los productos químicos presentes en enjuagues bucales, de los cuales la pigmentación de los dientes es la queja más común, asociada al uso de agentes como la CHX, el CPC, el delmopinol, el AEs y el SnF2. Esta pigmentación puede empeorar cuando son consumidos al mismo tiempo, otros productos, que también causan tinción de los dientes, como el té, café, vino y el cigarro. Otro problema atribuido al uso de la CHX, el CPC, el delmopinol y el AEs son las alteraciones del gusto. Por ejemplo, la CHX que tiene un sabor amargo, reduce de forma importante la intensidad percibida de la sal.108 El desarrollo de alteraciones del gusto y la pigmentación de los dientes, así como la promoción de formación de cálculo, contraindica el uso generalizado y prolongado de la CHX como un auxiliar a los procedimientos diarios de higiene oral regular. El uso de la CHX por lo tanto, debe de estar restringido a situaciones clínicas especiales y durante periodos de tiempo cortos.49 • Relación costo-efectividad. El uso auxiliar a largo plazo de agentes antiplaca, adicionales a la pasta dental, puede impactar la economía de una familia promedio. Con los precios actuales, el costo de los enjuagues orales generalmente es mayor que el precio de los cepillos dentales o de la misma pasta. Sin embargo, si un enjuague bucal demuestra su efectividad en términos de ganancia de salud oral, el costo adicional derivado de su uso se ve recompensado. Adicionalmente, en casos especiales, como pacientes física/mentalmente discapacitados, el costo adicional de agentes químicos antiplaca puede estar justificado.109,110 • Limitaciones de los agentes químicos utilizados en el control de la biopelícula dental. El uso de enjuagues bucales con agentes antimicrobianos y antiplaca tiene un efecto limitado en individuos con enfermedad periodontal existente, debido a que dichos agentes no son tan efectivos en la disminución de flora microbiana subgingival.11,111 Un hecho importante es que los pacientes que mantienen un buen control de placa mecánico se benefician mucho más con el uso de agentes químicos adicionales, en oposición a los pacientes con pobre control mecánico de la placa38,112,113,114 Por lo tanto, la importancia de la instrucción y reforzamiento constante por parte del clínico en las técnicas de control mecánico es primordial para obtener el mayor beneficio derivado del uso de un agente antiplaca. CONTROL DE LA BIOPELÍCULA DENTAL CON PRODUCTOS NATURALES El uso de productos naturales para prevenir o tratar enfermedades data desde hace cientos de años en casi todas las civilizaciones alrededor del mundo. El término “producto natural” se refiere a una sustancia producida por un organismo viviente que tiene efectos farmacológicos distintivos. Uno de los compuestos activos derivados de productos naturales más usado en el cuidado de la salud oral son los polifenoles. Polifenoles Los polifenoles son metabolitos de plantas caracterizados por la presencia de muchos grupos fenol (p. ej., anillos aromáticos con hidroxilos), los cuales derivan del aminoácido L-fenilalanina.115,116,117 Las clases más importantes de polifenoles son los ácidos fenólicos, los cuales incluyen estructuras poliméricas como taninos, lignanos, estilbenos y flavonoides. Los flavonoides incluyen a los flavonoles (como la quercetina y kaemferol, que son de los flavonoides más ubicuos presentes en los alimentos), flavones, isoflavones, flavanones y antocianina (o antocianidina, presente en los pigmentos responsables del color de la mayoría de las frutas), entre otros.118,119 Se han reportado una gran variedad de mecanismos potenciales de acción por los cuales los polifenoles ejercen su efecto antimicrobiano.120,121,122,123 Tienen la habilidad de inactivar toxinas bacterianas, lo cual ha generado un gran interés por la posibilidad de usar polifenoles de plantas como agentes contra patógenos humanos resistentes a antibióticos. Por ejemplo, se ha mostrado que el extracto de cáscara de manzana, rico en polifenoles, inhibe la vacuolación en células eucariotas por la toxina bacteriana vacuolante (VacA) de Helicobacter pylori.124 Además, un gran número de polifenoles presentes en una variedad extensa de productos como el té, jugo de uvas, cacao, café y vino tinto, han mostrado inhibir la adhesión bacteriana inicial a la superficie del diente, especialmente en el caso de Streptococcus mutans.120,123 Un ejemplo muy claro es lo que ocurre a la enzima glucosiltransferasa (GTF) producida por S. mutans, la cual es esencial en la producción de glucanos, que facilitan su adhesión al esmalte, y que es inhibida por los polifenoles del té, dificultando las etapas iniciales de colonización de S. mutans.125 Los polifenoles presentes en manzanas también inhiben las GTFs de S. mutans. También se ha descrito un polifenol de alto peso molecular, el HBP (por sus siglas en inglés Hop Bract Polyphenol) con capacidad de inhibir la adhesión de S. mutans vía interacción con enzimas GTFs involucradas en la síntesis de glucano.126 Otros polifenoles con actividades similares han sido aislados de arándanos,127 uvas,128 té,128,129 cacao130 y vino tinto.121 Existen reportes de polifenoles que inhiben la adhesión de patógenos periodontales. El extracto enriquecido con polifenoles de la planta Myrothamnus flabellifolia, inhibe la adhesión y la invasión celular de P. gingivalis por interacción con proteínas de la membrana externa de la célula bacteriana.131 Otro estudio mostró que la epigalocatequina galato (EGCg), que es el componente dominante de los polifenoles del té, inhibió el crecimiento y adhesión de P. gingivalis a células epiteliales bucales.132 Finalmente, otro estudio reportó que los polifenoles derivados de los arándanos, inhibieron la formación de una biopelícula de P. gingivalis.133 Otros compuestos Existen otros compuestos naturales que también tienen presentan actividad antibacteriana. Un ejemplo es la Camellia sinensis, utilizada para hacer té verde y té de oolong, sus propiedades antibacterianas, han sido ampliamente estudiadas en modelos in vitro e in vivo, debido a su actividad contra bacterias asociadas a caries.134,135 Aunque la composición del té verde es compleja, las catequinas específicas de este té han sido asociadas con actividad antibacteriana contra S. mutans y Streptococcus sobrinus.136 Este efecto inhibitorio parece estar relacionado con la presencia de tres motivos hidroxi-(3’, 4’ y 5’) en el anillo B de la catequina y de la estructura molecular epicatequina.137 No obstante, el mecanismo exacto de acción y su blanco putativo todavía tiene que ser elucidado. Adicionalmente se sabe que el té verde posee catequinas con propiedades antioxidantes, antimicrobianas, anticolagenasa, antimutagénica y quimiopreventiva reportadas.138 Otro producto natural interesante con actividad antimicrobiana, es la miel. Aunque el número de estudios es pequeño, la miel ha mostrado tener actividad antimicrobiana contra S. mutans139 y podría tener un uso terapéutico potencial en el control de la enfermedad periodontal.140 CONTROL DE LA BIOPELÍCULA DENTAL UTILIZANDO PRODUCTOS BIOLÓGICOS Probióticos El término probiótico que significa “para la vida”, fue originalmente propuesto en 1965 por Lilly y Stillwell,141 como un antónimo al término antibiótico. El concepto de probiótico no es nuevo, éste data de principios del siglo 20, cuando Elie Metchnikoff, (conocido como el padre de la inmunidad natural), reportó que el consumo de yogurt búlgaro que contiene bacterias vivas como Lactobacillus bulgaricus y Streptococcus thermophilus, era benéfico para la salud. Los probióticos son definidos por la Organización Mundial de la Salud, como microorganismos vivos, que cuando son administrados en cantidades adecuadas confieren un beneficio de salud a quienes los consumen.142 Los probióticos son encontrados naturalmente en productos alimenticios como yogurt y la leche. Las primeras bacterias probióticas estudiadas fueron bacterias productoras de ácido láctico.143 Los lactobacilos son bacterias endógenas que colonizan la cavidad oral y el tracto digestivo, y existe evidencia de que cepas de lactobacilos orales aislados de sujetos con salud y enfermedad periodontal, ejercen actividad antimicrobiana contra bacterias periodontopatógenas, como Aggregatibacter actinomycetemcomitans, P. gingivalis y Prevotella intermedia.144 Aunque el uso de los probióticos para el control de las biopelículas orales todavía está bajo investigación, existen ya algunos ejemplos prometedores. En un estudio clínico aleatorizado realizado por Vivekananda et al., se demostró que Lactobacillus reuteri inhibió la acumulación de placa y redujo la inflamación gingival en pacientes con periodontitis crónica.145 En otro estudio, Iwamoto et al., encontraron que Lactobacillus salivarius también tuvo efectos benéficos en la halitosis y en la reducción del sangrado al sondeo.146 Idealmente, una formulación terapéutica probiótica para tratar enfermedades orales debería ser capaz de reducir la prevalencia de microorganismos patogénicos. Mayanagi et al., usaron L. salivarius como un probiótico para la inhibición de una serie de patógenos orales, específicamente: A. actinomycetemcomitans, P. intermedia, P. gingivalis, Treponema denticola y Tannerella forsythia. Al final de este estudio hubo una disminución significativa en el número de todos los patógenos periodontales probados en el grupo experimental, en comparación con el grupo control.147 Además de las cepas probióticas clásicas, otros residentes orales o cepas genéticamente modificadas también han sido probados para su habilidad de inhibir microorganismos cariogénicos. Hillman et al., diseñaron una cepa de S. mutas deficiente en producción de ácido láctico que produjo una actividad de bacteriocina contra otras cepas de S. mutans y pudo ser introducida en la cavidad oral para reemplazar las cepas patogénicas de ocurrencia natural.148,149 El balance entre bacterias patogénicas y benéficas es esencial para mantener la salud oral. Por lo tanto, la cavidad oral representa un blanco importante para la utilización de probióticos. Y aunque es un concepto prometedor, todavía no existe evidencia conclusiva de que los probióticos actualmente evaluados tengan un efecto benéfico en las enfermedades orales, por lo tanto, son necesarios más estudios clínicos aleatorizados para clarificar el potencial de los probióticos en la prevención y tratamiento de infecciones orales. UTILIZACIÓN DE PÉPTIDOS ANTIMICROBIANOS PARA EL CONTROL DE LA BIOPELÍCULA DENTAL Los péptidos antimicrobianos (Pams) son un grupo heterogéneo de moléculas producidas por varios tejidos en un amplio rango de especies de invertebrados, plantas y animales. Como componente de la respuesta inmune innata de organismos multicelulares, los Pams poseen actividad biocida contra muchos microorganismos, reduciendo de manera significativa las infecciones. Se han identificado péptidos antimicrobianos contra virus, hongos, protistas, parásitos e incluso contra insectos y células tumorales.150 Los mecanismos de acción de los Pams, no han sido entendidos por completo, pero algunas teorías acerca de cómo estas moléculas actúan en la membrana celular y en el metabolismo bacteriano han sido propuestas. En el modelo de actividad biocida atribuido a estas moléculas, los Pams son inicialmente atraídos a la superficie de los microorganismos por interacciones electrostáticas entre el péptido catiónico o aniónico y estructuras en la superficie celular.151 La penetración de los Pams en la membrana celular, llevará a la formación de poros que subsecuentemente provocará la muerte celular.152 A pesar de las ventajas que los Pams poseen, incluyendo actividad a bajas concentraciones, actividad antimicrobiana selectiva y bajas tasas de inducción de resistencia microbiana,153,154 hay algunas limitaciones para su utilización terapéutica. Una de ellas, es la disminución de la alta actividad catiónica que presentan la mayoría de los Pams en condicionen no fisiológicas (in vitro), cuando se encuentran en fluidos biológicos como la saliva. Otra de sus limitaciones, es su baja o nula actividad sobre biopelículas principalmente debido al efecto protector de exopolisacáridos en la biopelícula.155 Dentro de los intentos que se han realizado para mejorar la efectividad de los Pams, se incluye el diseño de péptidos sintéticos con las mismas características antimicrobianas del Pam original, pero con dominios citotóxicos alterados.156 La defensina B humana 2 (hBD-2, por sus siglas en inglés Human B Defensin-2), es un péptido antimicrobiano catiónico, el cual es producido por células epiteliales orales ya sea en respuesta a la infección bacteriana o por estimulación con citosinas inflamatorias. Cuando el efecto antibacteriano de la hBD-2 sintética fue probado in vitro contra A. actinomycetemcomitans, P. gingivalis, S. mutans, y Escherichia coli, se encontró que su actividad antimicrobiana fue aproximadamente igual que el efecto de la minociclina a concentraciones equimolares. Además, esta defensina sintética mantuvo su actividad al 80% en presencia de saliva, lo que sugiere la posibilidad de su uso para la prevención de infecciones orales por bacterias patogénicas.157 Otro ejemplo, es la utilización de péptidos sintéticos para inhibir la adhesión de S. mutans, como un medio para controlar la biopelícula cariogénica. El paso más temprano en la infección microbiana, es la adhesión de las bacterias a los tejidos del huésped a través de la unión de las adhesinas microbianas específicas a estos tejidos. Una forma para bloquear este primer paso de colonización es mediante el uso de epítopes de adhesión para bloquear sitios receptores que los patógenos utilizan para adherirse a microorganismos comensales en la biopelícula. En el caso de S. mutans, la adhesión inicial a la superficie del diente es mediada por una adhesina expresada en la superficie de la bacteria, el antígeno estreptococcal I/II (SA I/II). Al respecto, un péptido sintético (p1025) correspondiente a los residuos 1025-1044 de dicha adhesina, ha sido usado para bloquear la recolonización de S. mutans a los dientes. Dicho péptido fue selectivo para S. mutans y no interfirió con la adhesión y colonización de microorganismos asociados con salud periodontal como los Actinomyces.158,159 Un enfoque con gran potencial es el desarrollo de péptidos antimicrobianos específicamente dirigidos o STAMPs (por sus siglas en inglés, Specifically Targeted Antimicrobial Peptides), tales moléculas son modificadas para portar un péptido de reconocimiento de dominios específicos en un grupo específico de microorganismos.160 Esta característica posibilita el daño de los STAMPs sólo a microorganismos blanco, sin cambiar la totalidad de la población microbiana indígena.161,162 CONCLUSIONES Y DIRECCIONES FUTURAS En el futuro, las estrategias para el control de las biopelículas orales se deberán enfocar en la preservación de una comunidad microbiana asociada con salud y en la eliminación o control de microorganismos con potencial patogénico. Se sabe que estrategias que podrían restaurar la homeostasis de la biopelícula oral son cambios en los hábitos de la dieta a una ingesta baja de azúcar, lo cual podría ser la mejor prevención de la caries pero no específicamente un blanco para prevenir la enfermedad periodontal. Por tal motivo, la necesidad de la elaboración de nuevas estrategias para el control de las biopelículas orales, para mantener un estado salud oral permanente es evidente. Estrategias como la vacunación contra patógenos orales, el control de las biopelículas orales mediante la utilización de inhibidores del Quorum sensing, y el uso de la terapia con bacteriófagos han sido propuestos como terapias potencialmente efectivas. Sin embargo, todavía no hay evidencia adecuada y suficiente para apoyar el efecto benéfico de estos tratamientos a nivel clínico. Referencias 1. Kolenbrander PE, Andersen RN, Blehert DS, Egland PG et al.: Communication among oral bacteria. 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La descripción de la microbiota oral de distintas infecciones endógenas como son las enfermedades periodontales, y su relación con diferentes condiciones sistémicas se encuentra descrita en la literatura. Particularmente, el síndrome metabólico que incluye resistencia insulínica, obesidad, hipertensión e hiperlipidemias es de los más estudiados, ya que se sabe que hay una modificación de la flora endógena oral por el estado inflamatorio crónico que prevalece en dichas patologías. Particularmente, se han reportado discrepancias entre la microbiota de sujetos diabéticos y sujetos no diabéticos, así como recientes estudios que describen la microbiota de adolescentes con obesidad y sobrepeso. Por otro lado, se ha sugerido que la microbiota oral podría influir en el riesgo de padecer distintos tipos de cáncer. En particular, se ha observado que la enfermedad periodontal crónica podría estar asociada a algunos tipos de cáncer incluyendo gástrico, esofágico y oral de células escamosas. Asimismo, se ha estudiado la vinculación de las complicaciones inmunológicas por el virus de la Inmunodeficiencia Humana (VIH), con las interacciones huésped–microbiota oral, lo cual podría generar una rápida progresión de infecciones en dicha entidad clínica. La comprensión de las asociaciones microbianas con el huésped puede ser trasladada en aplicaciones clínicas, con el fin de incrementar la eficacia de indicadores de diagnóstico y terapias para cada una de las condiciones sistémicas y sus repercusiones orales, de ahí la importancia del conocimiento de la descripción microbiológica en sujetos con distintas condiciones sistémicas. SÍNDROME METABÓLICO (metS) La Organización Mundial de la Salud (OMS), el Grupo Europeo para el Estudio de Resistencia Insulínica (EGIR) y el Programa Nacional de Educación en Colesterol – Tercer Panel de Tratamiento al Adulto (NCEP ATP III), son las tres instancias que recientemente han llegado a acuerdos en donde definen a la obesidad, la resistencia insulínica, las dislipidemias y la hipertensión como los principales componentes del síndrome metabólico (metS, por sus siglas en inglés). Adicionalmente, la OMS agrega a su definición que la resistencia insulínica es uno de los mayores componentes del metS; sin embargo, debe incluirse para su diagnóstico intolerancia a la glucosa (IGT) o diabetes. El grupo EGIR por otro lado, propone una versión modificada aplicada en individuos prediabéticos con resistencia insulínica y los demás componentes del metS. El programa NCEP ATP III por último, decide definir el metS cuando un individuo cumple con al menos 3 de los 5 componentes principales: obesidad, triglicéridos elevados, niveles bajos de lípidos de alta densidad (HDL), presión arterial elevada, y elevados niveles de glucosa en sangre (cuadro 11-1).1 Cuadro 11-1. Definiciones de síndrome metabólico1 OMS EGIR Glucosa en plasma Intolerancia a la glucosa (IGT) o Diabetes y/o resistencia insulínica. Resistencia insulínica (hiperinsulinemia >25% de valores insulínicos de no diabéticos) ≥ 6.1 mmol/L (110 mg/ dL) no-diabetes Presión arterial ≥ 140/90 mm Hg ≥ 140/90 mm Hg o en tratamiento > 2.0 mmol/L (178 mg/ dL) o en tratamiento Triglicéridos Triglicéridos en plasma: ≥ 1.7 mmol/L (150 mg/ dL) Colesterol (HDL) Hombres: < 0.9 mmol/l (35 mg/dL) Mujeres: < 1.0 mmol/l (39 mg/ dL) < 1.0 mmol/L (39 mg/dL) o en tratamiento Obesidad Hombres: circunferencia de cintura> 0.90 Mujeres: circunferencia de cintura> 0.85 y/o IMC > 30 kg/m2 Hombres: circunferencia de cintura ≥ 94 cm Mujeres: circunferencia de cintura ≥ 80 cm Microalbuminuria Rango de albúmina urinaria ≥ 20 μg/min or albúmina: creatinine ratio ≥ 30 mg/g NCEP ATP III Tres o más de los siguientes parámetros: ≥ 5.6 mmol/L (100 mg/dL) (ADA) ≥ 130/ ≥ 85 mm Hg ≥ 1.7 mmol/L (150 mg/dL) Hombres: < 1.03 mmol/L (40 mg/dL) Hombres: < 1.03 mmol/L (40 mg/dL) Hombres: circunferencia de cintura> 102 cm Mujeres: circunferencia de cintura> 88 cm OMS: Organización Mundial de la Salud. EGIR: Grupo Europeo para el Estudio de Resistencia Insulínica. NCEP ATP III: Programa Nacional de Educación en Colesterol – Tercer Panel de Tratamiento al Adulto. ADA: con los parámetros de la Asociación Americana de Diabetes. IMC: Índice de masa corporal. La prevalencia del metS varía entre distintas poblaciones del mundo. Por ejemplo, en EUA se reportó recientemente una prevalencia del 33% en el total de la población, con mayor predisposición en poblaciones hispánicas.2 Mientras que en poblaciones europeas la prevalencia varió años atrás entre un 14 y 41% en adultos mayores de 40 años.3 En México, diversos estudios hechos en poblaciones rurales y urbanas han reportado alta prevalencia del metS en años recientes, con una tendencia al incremento. En el año 2009 se reportó una prevalencia del 27%,4 en el 2010 del 49.8%,5 y del 68.7% en el 2012. Dicho aumento se le atribuye al estilo de vida que incluye: sobrepeso, obesidad, inactividad física, dieta alta en carbohidratos consumo de alcohol y tabaco y predisposición genética.6 En la región de América del Norte y la región del Caribe, un estimado de 44.3 millones de personas presentan diabetes. Los países con mayor prevalencia de diabetes son Belice (16.5%) y México (14.2%), y los países con mayor número de habitantes con diabetes son EUA (29.3 millones) y México (11.5 millones).7 En particular la incidencia de diabetes mellitus tipo 2 (DMT2) reportada de manera previa en México, fue de un 14.4 y 13.7 por cada 1000 habitantes (hombres y mujeres, respectivamente). Aunado a que México presenta la incidencia más alta a nivel mundial en incremento de obesidad (índice de masa corporal ≥30 kg/m2) de un 2% por año.8 En la literatura se ha establecido que tanto la obesidad como la DMT2 comparten un estado inflamatorio crónico. Sin embargo, es de reciente interés el esclarecer cómo es que se relacionan los componentes de la inflamación con los desórdenes metabólicos del metS, con la finalidad de establecer una mejor terapéutica para dicho síndrome y sus complicaciones.9,10 Las consecuencias crónicas de un estado prolongado de inflamación se encuentran en estrecha relación con complicaciones metabólicas. La obesidad puede considerarse una característica común de dichas complicaciones (figura 11-1). Figura 11-1. Complicaciones de la DMT2 y la obesidad. Asimismo, la obesidad, la resistencia insulínica y la DMT2, presentan en común la sobreproducción de citocinas proinflamatorias, mediadores de la inflamación aguda y activación de vías de la inflamación.9 El desequilibrio en la producción de citocinas proinflamatorias se manifiesta a partir de alteración en la respuesta inmunitaria, lo cual puede inducir a la destrucción de tejidos como son los periodontales. Aunque está bien establecido que la enfermedad periodontal es inducida por un desequilibrio ecológico de la biopelícula subgingival y la presencia de especies específicas,11,12 el grado de severidad y riesgo de padecerla, es determinado por la respuesta del huésped. Por lo tanto, el metS comprende un factor de predisposición para periodontitis por el estado metabólico crónico de inflamación.13,14 En el aspecto ecológico, la relación del microbioma oral y el metS ha sido pobremente estudiada con las patologías en conjunto. Sin embargo, en la actualidad la microbiota de la DMT2 y la obesidad se encuentran bien descritas en la literatura. Metabolismo en diabetes mellitus tipo 2 Se reconoce a la diabetes mellitus (DM) como un síndrome de anormalidad de carbohidratos y metabolismo de proteínas que provoca complicaciones agudas y crónicas, resultado de la carencia absoluta o relativa de insulina.15 Dicha enfermedad se caracteriza por una concentración de glucosa en plasma (en ayuno) mayor que el límite superior de referencia (60 a 110 mg/dL).16 La saliva juega un papel importante en la protección de la cavidad oral (Ver Capítulo Papel de la saliva en el ecosistema oral). La disminución en el flujo de la misma también llamada xerostomía, provoca alteraciones dramáticas de salud, por ejemplo, la recurrencia de infecciones por microorganismos oportunistas.17 El paciente diabético presenta xerostomía, lo que se cree que puede predisponer a ciertas patologías como infecciones de la mucosa bucal y patologías neurológicas.15,16 Existe una relación manifiesta entre infecciones bucales severas y la diabetes mellitus tipo 2 (DMT2). La periodontitis es considerada la sexta de las principales complicaciones de la diabetes.15,19 Diversos autores han demostrado que la presencia de diabetes incrementa la prevalencia, incidencia y severidad de la periodontitis20,21,22 e inclusive han demostrado que la DM es más frecuente en sujetos con periodontitis que en sujetos periodontalmente sanos.23 Las asociaciones epidemiológicas entre la periodontitis y la diabetes se pueden deber a vías similares de patogenicidad en dónde las complicaciones de la diabetes pueden ser modificadores de la presentación de la enfermedad periodontal o en dónde el individuo puede presentar susceptibilidad genética para una de ellas o para ambas patologías.19,24,25,26 Las infecciones crónicas a su vez, alteran el estado metabólico endócrino del huésped, dificultando el control de sus niveles de glucosa en sangre.26 Las infecciones bacterianas producen resistencia de los tejidos a la insulina al estimular la secreción de citocinas, primordialmente TNF–α e IL -1b, que disminuyen la acción de la misma sobre los tejidos.27 El receptor tirosin-cinasa para la insulina, la expresión de segundos mensajeros y la acción de la protein-cinasa C, de forma individual o en conjunto, median algunos de los efectos de la insulina, como son la translocación y activación de las proteínas transportadoras de glucosa.28 Un estudio realizado por Kanety et al., sugiere que el TNF–α es el principal responsable de inducir resistencia tisular frente a la insulina, al suprimir la fosforilación del sustrato 1 del receptor para la insulina IRS-1 (por sus siglas en inglés, insulin receptor substrate-1).29 Las infecciones por tanto, provocan resistencia de los tejidos frente a la insulina y mal control de la diabetes al favorecer el estado de hiperglucemia, aumentándose así el riesgo de aparición de complicaciones diabéticas.30 En pacientes diabéticos con periodontitis se observa una exacerbada elevación de citocinas proinflamatorias (mucho mayor a la de individuos no diabéticos) que representan un potencial de incremento a la resistencia insulínica, provocando dificultad para un adecuado control de glucemia.31 Así, la reducción en la inflamación periodontal ayuda al descenso de niveles séricos de mediadores de la inflamación y disminuyen los niveles elevados de glucemia22 (figura 11-2). Figura 11-2. Disbiosis microbiana y riesgo de cáncer. Existen posibles explicaciones que establecen los mecanismos para dilucidar la relación entre periodontitis y diabetes. Una de ellas referente a los efectos de alteración metabólica que producen la hiperglucemia e hiperlipidemias de la diabetes, lo cual exacerba desafíos bacterianos que pueden instigar respuestas inmunológicas destructivas como la periodontitis.25,24 Otra explicación, podría ser la presencia de una combinación de genes de susceptibilidad para cada enfermedad en un mismo individuo y que además se encuentra expuesto a factores modificadores o de predisposición de cada patología que podrían desencadenar una o ambas (figura 11-2). Por lo tanto, la asociación de bidireccionalidad indica, que no sólo la prevalencia de periodontitis es alta en diabetes, sino que la prevalencia de diabetes es mayor en sujetos con enfermedad periodontal que en sujetos periodontalmente sanos. Además, es posible que ambos mecanismos se presenten juntos en la patogenicidad de dichas enfermedades32 Microbiota periodontal en diabetes mellitus tipo 2 En las primeras investigaciones respecto a la composición de la microbiota periodontal de sujetos con DMT2, se había descrito como similar a la encontrada en sujetos con periodontitis crónica sin compromiso sistémico, esto siempre y cuando el control metabólico de los sujetos diabéticos fuera adecuado. En 1988 se analizaron muestras de placa dentobacteriana subgingival de sujetos con periodontitis sin compromiso sistémico y sujetos con DMT2 y ambos grupos mostraron una alta prevalencia y proporción de especies como: Porphyromonas gingivalis y Prevotella intermedia.33,34 Otros estudios analizaron la prevalencia de especies periodontopatógenas de placa dentobacteriana subgingival en sujetos con DMT2, y control metabólico variable, las especies más prevalentes fueron P. gingivalis (28%) y Fusobacterium nucleatum (21%). Estos resultados reportaron no haber encontrado relación con el pobre control metabólico y la prevalencia de alguna especie en particular. Asimismo, no se encontraron diferencias en la detección de P. gingivalis, Aggregatibacter actinomycetemcomitans y Tanerella forsythia, entre sujetos con DMT2 y sujetos no diabéticos con periodontitis crónica.35,36 Sin embargo, otros estudios demostraron algunas diferencias en la composición de la placa subgingival entre sujetos sin compromiso sistémico y con DMT2, especies tales como Capnocytophaga ochracea y Capnocytophaga granulosa, fueron encontradas como patógenos predominantes en la placa dentobacteriana subgingival en sujetos con DMT2.37 Estudios más recientes reportaron ciertas particularidades en la descripción de la microbiota de sujetos diabéticos. Se han identificado niveles altos de especies patógenas putativas como Prevotella nigrescens, e inclusive altos niveles de especies compatibles con salud periodontal como Streptococcus sanguinis, Streptococcus oralis y Streptococcus intermedius, en comparación con la placa subgingival de no diabéticos.38 Análisis de del microbioma oral humano realizados con secuenciación de 16S-RNAr de pacientes con DMT2 y periodontitis, reportan un grupo de pacientes con alta proporción y/o frecuencias de especies compatibles con salud periodontal tales como Actinomyces sp., Capnocytophaga sp. y Streptococcus sp.,39,40 así como especies de Campylobacter gracilis, P. nigrescens y Parvimonas micra.10 Dicha prevalencia de especies, no se había encontrado en estudios previos, sin embargo en el caso de Streptoccoccus sp. y Capnocytophaga sp., pareciera ser un resultado esperado por ser especies sacarolíticas de pacientes con niveles de glucemia inestables41 (cuadro 11-2). Cuadro 11-2. Microbiota subgingival en DMT2. Análisis realizado Complejo Identificación bacteriana Grupos de estudio Zambon et al., 1988 Prevalencia NS Rojo: Porphyromonas gingivalis No-DM y DMT2 Naranja: Prevotella intermedia con periodontitis Novaes et al., 1997 Prevalencia NS Rojo: P. gingivalis y Tannerella forshytia DMT2 con pobre CM (CM) Tervonen et al., 1994 Prevalencia alta Rojo: P. gingivalis en -CM Naranja: Fusobacterium nucleatum DMT2 con -CM Collin et al., 1998 Ciantar et al., 2005 Hintao et al., 2007 Casarin et al., 2013 Rojo: P. gingivalis y T. forshytia No-DM y DMT2 Otras: Aggregatibacter actinomycetemcomitans con periodontitis Prevalencia alta Verde: Capnocytophaga ochracea No-DM y DMT2 en DMT2 Otras: Capnocytophaga granulosa con y sin EP Niveles altos Naranja: Prevotella nigrescens No-DM y DMT2 en DMT2 Amarillo: Streptococcus sanguinis, Streptococcus oralis y Streptococcus intermedius Sitios ≥ 4 mm PB Prevalencia alta Actinomyces: Actinomyces sp. No-DM y DMT2 en DMT2 Verde: Eikenella sp. y Capnocytophaga sp. Sitios > 5 mm PB Naranja: Fusobacterium Morado: Veillonella Amarillo: Streptococcus sp. Otras: Selenomonas y Aggregatibacter. Rojo: Porphyromonas sp., y Tanerella sp. Prevalencia NS Prevalencia baja Treponema sp. en DMT2 Hong et al., 2015 Verde: Eubacterium sp. Otras: Filifactor y Synergistetes Prevalencia alta Actinomyces: Actinomyces sp. No-DM y DMT2 en diabetes y ECR Verde: Capnocytophaga sp. + ECR Naranja: Prevotella nigrescens, Parvimonas micra, Sitios ≥ 5 mm PB Campylobacter gracilis Rodriguez-H et al., 2015 Alta DMT2 EP Amarillo: Streptococcus mitis Naranja: C. gracilis, P. micra, P. nigrescens, No-DM y DMT2 Streptococcus constellatus SP y EP (Niveles y proporciones) Alta DMT2 Otras: Selenomonas noxia Morado: Veillonella parvula Amarillo: Streptococcus anginosus, (Niveles y proporciones) S. intermedius, S.mitis, SP y EP Streptococcus gordonii, y S. sanguinis Streptococcus oralis NS: diferencia no significativa. no-DM: no diabetes. DMT2: diabetes mellitus tipo 2. -CM: pobre control metabólico. EP: enfermedad periodontal. SP: salud periodontal. PB: profundidad de bolsa. ECR: enfermedad crónica de riñón. Complejo: de acuerdo a los complejos bacterianos de la placa subgingival de Socransky. Estudios de secuenciación por clonación de la fracción 16S rRNA, a su vez reportaron, frecuencias relativas significativamente mayores en especies patógenas putativas como TM7, Aggregatibacter sp., Selenomonas, F. nucleatum, Eikenella corrodens, y bajas frecuencias de especies periodontopatógenas reconocidas como Porphyromonas, Filifactor, Eubacterium, Synergistetes, Tannerella y Treponema en sujetos con DMT2 a diferencia de individuos no diabéticos.40 En otro estudio realizado con la técnica de identificación microbiológica de checkerboard para hibridaciones DNA-DNA, 39 de las 40 especies identificadas (excepto por T. forsythia) en individuos con DMT2 y periodontitis crónica, mostraron mayor número de cuentas bacterianas que los individuos no diabéticos con periodontitis crónica. Asimismo, las especies con proporciones significativamente mayores en los pacientes con DMT2, fueron patógenos putativos como C. gracilis, P. micra, P. nigrescens, Selenomonas noxia y Streptococcus constellatus, y especies compatibles con salud periodotal como Streptococcus anginosus, Streptococcus gordonii, S. intermedius, Streptococcus mitis, S. oralis, S. sanguinis y Veillonella parvula42 (cuadro 11-2). La literatura sugiere que la baja proporción de especies periodontopatógenas y la alta proporción de patógenos putativos e inclusive de especies compatibles con salud periodontal, podrían considerarse un perfil microbiológico para sujetos con DMT2.10,42 Este perfil podría representar una transición de salud–enfermedad, que puede constituir una comunidad independiente de individuos con alto riesgo a infecciones crónicas como es la periodontitis,39 e inclusive pueden ser características específicas microbiológicas, que comparten individuos con deficiencias inmunológicas, como se ha reportado con anterioridad en poblaciones con tipos de periodontitis refractaria recurrentes.43 De ahí la importancia de definir cuáles son las características microbiológicas de sujetos con DMT2, con y sin periodontitis crónica, y con otras alteraciones metabólicas; ya que el tratamiento del metS debe ser en conjunto con las patologías secundarias crónicas, derivadas de la inflamación, como es la periodontitis. Metabolismo en obesidad La obesidad ha sido asociada con una serie de problemas de salud, incluyendo incremento en la resistencia insulínica, DMT2, dislipidemias, aterosclerosis, enfermedades cardiovasculares, desórdenes degenerativos como demencia, enfermedades respiratorias, enfermedades endócrinas y algunos tipos de cáncer (figura 11-1)10,44,45 El tejido adiposo junto con el hígado, juegan un papel importante por tener acceso inmediato al torrente sanguíneo y presentar una respuesta inmune y metabólica inmediata. Los receptores Tipo Toll (por sus siglas en ingles TLR) de las células del hígado (Kupffer) son un ejemplo de moléculas de señalización que participan como receptores de microorganismos patógenos, en la homeostasis de la glucosa intracelular en hígado y desencadenando vías de transducción de señales que conducen a la secreción de citocinas proinflamatorias. Asimismo, tanto el tejido adiposo como el hígado, son intermediarios en la comunicación con el páncreas y el músculo, por lo que su deficiencia contribuye al desarrollo de patologías metabólicas como es la DMT2.10,47,48 La disfunción nutricional por otro lado, puede iniciar respuestas inmunológicas aberrantes. Estudios realizados desde hace más de una década reportaron que en tejido adiposo de ratones de experimentación con obesidad se presentaba la sobreexpresión de moléculas como el factor de necrosis tumoral alfa (por sus siglas en inglés TNF-α). Esta molécula es una citocina proinflamatoria (TNF-α) que también se ha observado sobrexpresada en tejido adiposo y en músculo de seres humanos con obesidad10,48 y también se sabe que cuando es administrada exógenamente, induce a resistencia insulínica, diabetes e inflamación crónica. Como ya se mencionó anteriormente, la liberación desbalanceada de citocinas proinflamatorias puede desencadenar de manera crónica patologías como son la diabetes y las enfermedades periodontales. Por otro lado, también se ha demostrado que la condición de obesidad, tanto en ratones de experimentación como en humanos, induce el infiltrado de macrófagos en tejido adiposo.10 Con lo cual se sugiere que la expansión de adipocitos podría iniciarse en adipocitos vecinos, así como la señalización quimiotáctica para la atracción de nuevos macrófagos al tejido adiposo, lo que provocaría necrosis de adipocitos que a su vez causarían inflamación secundaria.9 Microbiota periodontal en obesidad En la actualidad es bien reconocido que existen cambios en la microbiota oral entre sujetos catalogados con peso normal (IMC <25), sobrepeso (IMC de 25 a 29.9) y obesidad (IMC >30). Se han realizado diversos estudios comparando poblaciones de individuos obesos y no obesos en condiciones de salud y enfermedad periodontal. Los resultados reportan mayores proporciones de T. forsythia en placa subgingival de sujetos con sobrepeso y obesos, tanto en sujetos sanos periodontales y con gingivitis, menores de 46 años.49 También se han reportado altas proporciones de S. noxia en saliva de mujeres con obesidad, periodontalmente sanas;50 y cuentas bacterianas seis veces mayores para las especies Campylobacter rectus y Neisseria mucosa en placa subgingival de adolescentes obesos periodontalmente sanos.51 Cabe considerar que, aunque existen diferencias en la microbiota bajo condiciones de sobrepeso y obesidad, la mayoría de los sujetos evaluados no presentan periodontitis. Esto sugiere que la obesidad influye como modificador en la microbiota en una edad temprana; sin embargo, la exposición prolongada a esta microbiota periodontopatógena, eventualmente podría desencadenar periodontitis en los sitios dónde se esté favoreciendo su crecimiento. Por otro lado, debe haber momentos en los que el sistema inmunológico del individuo luche contra dicha flora, y logre una homeostasis periódica, de ahí la cronicidad de las infecciones periodontales. Otra de las consideraciones es que, a una edad adulta, la cronicidad de la obesidad se debe relacionar con indicadores sistémicos del individuo como: niveles en suero de proteína C reactiva, niveles de glucosa en sangre, estado nutricional, niveles de citocinas proinflamatorias en fluido crevicular (en particular TNF-α) entre otras, mismas que deben ser consideradas en la evaluación microbiológica del individuo con sobrepeso y obesidad.49 Con la evidencia mostrada, podemos decir que la obesidad y el sobrepeso son indicadores de riesgo para presentar enfermedades periodontales que deben tomarse en consideración para su diagnóstico, tratamiento oral y sistémico. VIH/SIDA. CARACTERÍSTICAS CLÍNICAS El virus de la inmunodeficiencia humana (VIH) tiene como blanco las células del sistema inmune llamadas linfocitos T CD4+. Esto causa que no haya una correcta respuesta en contra de infecciones y algunos tipos de cáncer en los individuos infectados con este virus. El estado más avanzado de la infección por VIH es el síndrome de inmunodeficiencia adquirida (SIDA), el cual puede tomar desde 2 hasta 15 años en desarrollarse dependiendo del individuo. El SIDA puede ocasionar el desarrollo de ciertos tipos de cáncer, infecciones y otras manifestaciones clínicas. La infección por VIH continúa siendo un problema mayor de salud pública, se estima que hasta el momento se han perdido aproximadamente 35 millones de vidas. En el caso particular de México, se estima que alrededor de 200,000 mil personas viven con VIH en el país y que podría haber hasta 7,500 nuevos casos por año. Específicamente, en el caso de mortalidad según las cifras oficiales del Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI) y al Secretaría de Salud (SS), al cierre de 2013, se reportaron 4,971 defunciones por VIH, lo que representa una tasa de 4.2 por 100 mil habitantes. Durante el periodo 1988 al 2013, cerca de 102,868 personas murieron por esta causa en México.52 Los síntomas de VIH varían dependiendo del estado de evolución de la infección. En las primeras semanas después de la infección inicial, el individuo puede no experimentar síntomas, o en su caso, presentan un estado similar a infecciones por influenza, que puede incluir fiebre, cefalea, exantema y odinofagia. Al tiempo que la infección progresa, el sistema inmune se deprime y el individuo puede desarrollar otros signos y síntomas, lo cual puede incluir inflamación de nódulos linfáticos, pérdida de peso, fiebre, diarrea y tos. Sin tratamiento, el paciente puede desarrollar enfermedades más severas que pueden incluir; tuberculosis, meningitis criptocócica, y algunos tipos de cáncer como linfomas y sarcoma de Kaposi, entre otros. La vía de transmisión del VIH puede ser a través del intercambio de una variedad de fluidos de individuos infectados, como sangre, leche materna, semen y secreciones vaginales. Por otra parte, se sabe que no puede infectarse a través del contacto diario que puede incluir el acto de besarse, abrazarse, saludarse de mano, compartir objetos, comida o agua. El diagnóstico de esta entidad clínica, puede ser realizado a través de pruebas serológicas o inmunoensayos como la prueba de ELISA (por sus siglas en inglés, Enzyme-Linked ImmunoSorbent Assay) para detectar la presencia o ausencia de anticuerpos HIV-1/2 y/o el antígeno HIV p24. Cabe mencionar, que estas pruebas detectan anticuerpos producidos por el mismo individuo, como parte del ataque del sistema inmune al patógeno externo, más que detectar directamente al VIH per se. La mayoría de individuos desarrollan anticuerpos HIV-1/2 a los 28 días y por tanto, los anticuerpos no pueden ser detectables de manera más temprana. Este periodo inicial, representa el tiempo de mayor infectividad; sin embargo, la transmisión de VIH puede ocurrir el cualquier estado de la infección. Al igual que es una buena práctica volver a analizar a los individuos inicialmente diagnosticados VIH-positivos, antes de canalizarlos a terapia o tratamiento antirretroviral, para descartar cualquier falso positivo en el diagnóstico. El VIH puede ser suprimido con una terapia que combina el uso de tres o más medicamentos antirretrovirales (ARV). Es importante mencionar que la terapia antirretroviral no elimina o cura la infección por VIH, sino que controla la replicación viral en el cuerpo del individuo y por tanto permite al sistema inmune recobrar el potencial de combatir a las diferentes infecciones que es expuesto.53 Microbiota oral en VIH/SIDA A pesar de que se considera efectiva la supresión viral a través de la terapia antirretroviral, los individuos con VIH han mostrado un exceso de morbilidad y mortalidad no asociada al SIDA, lo cual parece estar relacionado en parte con la translocación microbiana y su resultante activación del sistema inmune.54,55 Se ha tratado de dilucidar el mecanismo por el cual la microbiota puede causar disrupción de la barrera intestinal (traslocación), respuesta inmune a antígenos, así como la activación inmune. Por tanto, la modulación de la microbiota en infección por VIH podría ser un importante coadyuvante en la reducción de la morbilidad y mortalidad en esta entidad clínica. En el caso de la microbiota intestinal en sujetos VIH positivos, los resultados son inconsistentes. Esto debido probablemente a estudios con poblaciones pequeñas, falta de controles apropiados, así como diferencias regionales en la dieta y factores ambientales. Por ejemplo, un cambio o variación en el reemplazo del genero Bacteroides por Prevotella en pacientes con VIH se ha observado en diferentes estudios.56 a 60 Sin embargo, Nowak et al., encontraron exactamente lo opuesto, mientras que otros grupos no encontraron diferencia en la relación de estos géneros bacterianos.61,62 Mientras que algunos investigadores sugieren que los cambios en la proporción Bacteroides-Prevotella parece ser secundario a prácticas sexuales y estilos de vida más que la infección por VIH.63 Se ha observado también, que la disbiosis asociada en paciente VIH positivos parece estar menos marcada en pacientes tratados, así como en pacientes no progresivos, en comparación con pacientes de infección progresiva, lo cual sugiere que las células CD4+ juegan un papel importante en el manejo de la microbiota.57,58 Por otra parte, ha sido reportado que una gran variedad de manifestaciones orales, son asociadas a individuos infectados con VIH.64 Por lo general es aceptado que la disminución de células CD4+ se encuentra asociada a un incremento en la presencia de lesiones orales.65 Respecto a la microbiota/microbioma en paciente VIH positivos de la cavidad oral esta parece contener altas proporciones del genero Prevotella, Megasphaera, Campylobacter y bajas proporciones en la flora normal del genero Streptococcus. Aunque, al igual que para los estudios en microbiota intestinal, análisis más amplios empleando 16S rRNA no han mostrado diferencias importantes entre pacientes con VIH y pacientes no infectados (cuadro 11-3).66,67 Cuadro 11-3. Microbiota en enfermedades infecciosas en pacientes coinfectados con VIH Sitio Microbiota Enfermedad Cavidad Oral Porphyromonas gingivalis, Tannerella forsythia, Dialister, pneumosintes, Actinobacillus actinomycetemcomitans, Fusobacterium sp., Eubacterium sp., Streptococcus mutans, Treponema spp, Sthapyloccocus sp., Enteroccocus sp., Pseudomonas, Veillonella, Candida sp. Periodontitis, gingivitis ulceronecrotizante aguda (GUNA), eritema linear gingival, caries y candidiasis Tracto gastrointestinal Salmonella, Shigella, Campylobacter, Isospora, Rochalimaea, Mycobacterium avium, M. xenopi, Entamoeba histolytica, Chlamydia, Candida, Cryptosporidium, Bacillus cereus, Clostridium perfringens Diarrea aguda o persistente, esofagitis y otras infecciones entéricas Vía respiratoria S. pneumonia, Haemophilus influenza, Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella pneumonia, Staphylococcus aureus, M. tuberculosis, M. kansasii, M. avium Infecciones de vías respiratorias altas: sinusitis, faringitis y bronquitis aguda. Neumonía bacteriana, tuberculosis y sarcoma de Kaposi pulmonar Treponema pallidum, Neisseria gonorrhoeae, Chlamydia Trachomatis Órgano reproductor masculino Enfermedades de transmisión sexual (ETS) Órgano Gardnerella vaginalis, Mobiluncus sp, Prevotella sp., Mycoplasma hominis reproductor Atopobium vaginae, C. trachomatis, N. gonorrhoeae, M. genitalium, femenino Bifidobacterium, Megasphaera elsdenii, Dialister, Leptotrichia Vaginosis bacterial y enfermedades de transmisión sexual A pesar del éxito de la terapia con antrirretrovirales altamente activos para VIH, dicho tratamiento parece tener efectos inesperados en pacientes VIH positivos, observándose un incremento en la incidencia del virus del papiloma humano (VPH) relacionado con lesiones orales y ulceración oral recurrente.68,65 Por otro lado, para la candidiasis oral y enfermedad periodontal asociada a VIH, se ha observado una disminución en la incidencia de estas.69 Aunque dichas infecciones se han asociado al pobre acceso de los individuos al sector salud (sobre todo al odontólogo), a factores sociales y demográficos, así como a las vías de transmisión del VIH; también han sido relacionados tipos de coinfección, constitución inmune y composición de la microbiota oral a la alteración de la microbiota local. Esto por tanto sugiere, que la microbiota oral puede cambiar de manera significativa a la par de la progresión de la infección por VIH. En conjunto, los hallazgos ya antes mencionados indican que no sólo la infección por VIH, sino también el subsecuente tratamiento antirretroviral, puede tener un impacto significativo en la microbiota oral afectando la colonización y composición microbiana. CÁNCER El cáncer es un término que abarca un grupo de enfermedades las cuales pueden afectar cualquier zona del cuerpo. Términos similares que pueden emplearse son tumor maligno o neoplasia maligna. Una de las características sobresalientes del cáncer es el rápido crecimiento de células anormales más allá de los límites normales en los tejidos y por el cual pueden invadir zonas adyacentes en el cuerpo, así como diseminarse a otros órganos, este último proceso conocido como metástasis. La metástasis es la causa principal de muerte por cáncer.70 El cáncer es una de las principales causas de muerte alrededor del mundo, en el 2012 aproximadamente 8.2 millones de personas murieron por esta causa. Entre los tipos de cáncer que más muertes ocasionaron se encuentran: cáncer pulmonar (1.59 millones), cáncer hepático (750,000), cáncer gástrico (723,000), cáncer de mama (521,000) y cáncer cervico-uterino (265, 600). En México se estima que alrededor de 79,700 personas mueren por algún tipo de cáncer al año, siendo los más comunes: cáncer pulmonar (7,608), cáncer prostático (6,367), cáncer gástrico (6,281), cáncer hepático (6,068), cáncer de mama (5,680) y cáncer cervico-uterino (4,761).70 Cáncer de cabeza y cuello El cáncer de cabeza y cuello se considera dentro de un grupo de cánceres que involucran tanto la cavidad oral como la faringe y la laringe. La mayoría de los cánceres de estas zonas son carcinoma de células escamosas derivadas de las células epiteliales que revisten estos espacios anatómicos. Otros tumores pueden desarrollarse en esta área como cáncer de glándulas salivales, aunque son relativamente poco comunes.70 La causa más importante para el desarrollo de cáncer en cabeza y cuello es el consumo de tabaco y alcohol. La exposición a estos factores se considera que influencia aproximadamente el 80% para tales cánceres, de manera global con algunas variaciones dependiendo de la zona (65% para cavidad oral y 86% para laringe.71 Los cánceres de cabeza y cuello en conjunto, son la causa de 375,000 muertes anualmente, divididos en laríngeos (83,000) y cavidad oral-faríngeo (292,000). Para el caso específico de México el cáncer de cabeza y cuello son la causa de muerte de cerca de 2,053 personas, divididos en laríngeos (893) y de cavidad oral-faríngeo (1,162).70 El carcinoma de células escamosas de los sitios oral-faríngeo y laríngeo, son similares uno al otro. La literatura reporta que existe una progresión general de la hiperplasia epitelial a displasia epitelial, continuando a carcinoma in situ y finalizando en carcinoma invasivo. Respecto a las alteraciones genéticas, se ha observado que estas son complejas e igualmente interrelacionadas. Estas incluyen la activación de proto-oncogenes como ciclina D1, MYC, RAS, PIK3CA, EGFR así como la inactivación de genes supresores de tumores como p16, TP53 y PTEN.72 Por otra parte, los cánceres en estadios tempranos de estas zonas aerodigestivas altas pueden ser curadas; mientras los estadios tardíos de tales entidades en estas zonas tienen un pobre pronóstico. Microbiota oral relacionada al cáncer Como se ha mencionado anteriormente, el microbioma o microbiota del cuerpo humano, puede encontrarse alterado en diferentes enfermedades, se ha sugerido que puede influir o modificar el riesgo en el desarrollo de algún tipo de cáncer. La suceptibilidad a padecer algún tipo de cáncer se ve influenciada por diversos mecanismos los cuales incluyen: la nutrición en el idividuo, su metabolismo, la homeostasis hormonal y especialmente a través de los mecanismos de la inflamación (figura 11-2).73,74,75 La disbiosis, que habla sobre un microbioma alterado relacionado a una enfermedad, parece estar originada por un “microorganismo alfa” el cual aprovecha un nicho ecológico (p. ej., P. gingivalis y enfermedad periodontal) para inducir tanto inflamación como una respuesta compensatoria en la microbiota comensal o nativa. Por otra parte, se ha propuesto que esta inflamación relacionada con disbiosis, así como la generación químicos carcinogénicos como el acetaldehído y compuestos N-nitrosos, son algunos de los mecanismos por los cuales la microbiota parece tener un papel en el proceso de carcinogénesis.73,74 La mayoría de los estudios epidemiológicos entre cáncer y microbiota usan tres tipos de muestras: oral, fecal y tisular. El microbioma oral difiere del microbiota fecal en la dominancia del taxa lo cual puede representar diferencias en el proceso de carcinogénesis. El phylum que predomina en heces es Bacteroidetes mientras que el phylum que predomina tanto en saliva como en raspados orofaríngeos es el Firmicutes.76 Específicamente se ha observado que el microbioma oral puede influenciar el riesgo de diferentes tipos de cáncer incluyendo; cáncer gástrico, pancreático, pulmonar, así como los cánceres de cabeza y cuello. Para el caso del cáncer esofágico se ha sugerido que el riesgo a este se puede incrementar cuando se asocia a pérdida dental.77 Más aun, estudios que han evaluado la microbiota de saliva, esofágo e intestino a través de microarreglos en chip, en pacientes con presencia y ausencia de displasia escamosa esofágica y carcinoma de células escamosas esofágico, reportan que estas alteraciones parecen estar relacionadas con una composición alterada de la microbiota de la zona gastrointestinal alta.78,79 La pérdida dental se ha asociado a un incremento en el riesgo de cáncer pancreático,80 lo cual podría indicar una posible contribución de la microbiota a esta letal neoplasia, aunque los estudios que asocian directamente estas dos entidades son limitados. En un estudio donde se evaluaron muestras de saliva con microarreglos en chip en 10 pacientes con cáncer pancreático y 10 controles, se observó que 16 (3.9%) de las 410 especies bacterianas detectadas, fueron mayormente relacionadas con los individuos con cáncer, aunque sólo seis de las 16 especies fueron confirmadas por qPCR (PCR en tiempo real). Más aun, se reportó que de seis especies bacterianas identificadas en cáncer, sólo Neisseria elongata y S. mitis usando qPCR, fueron validadas como biomarcadores para discriminar entre pacientes con cáncer pancreático y pacientes saludables.81 Para el caso de cáncer pulmonar y su asociación con el microbioma oral, se reportó un estudio en China que incluyó 80 pacientes no fumadores con cáncer pulmonar y 80 pacientes no fumadores sin cáncer pulmonar. Los datos, obtenidos por secuenciación de la fracción 16S rRNA, sugieren que la diferencia en la diversidad microbiana de las muestras orales, no fue significativa entre los casos de cáncer y los controles. Sin embargo, los sujetos que padecían cáncer pancreático presentaron una disminución relativa en la abundancia en las ramas filogenéticas Spirochaetae y Bacteroidetes, además de un incremento relativo en la rama filogenética Firmicutes.82 En el caso de cánceres de cabeza y cuello, similar a los descritos anteriormente, estos parecen estar relacionados con pérdida dental y enfermedad periodontal. Por ejemplo, en un análisis múltiple, el riesgo agrupado de ocho estudios de cáncer en estas zonas anatómicas con enfermedad periodontal fue de 2.63.83 Igualmente, el tabaco y consumo de alcohol, se consideran factores de alto riesgo para el cáncer de cabeza y cuello, y sugerido que la microbiota puede mediar esta relación en este tipo de cánceres. Por ejemplo, se ha observado que Neisseria sp. presentan una alta actividad enzimática de alcohol deshidrogenasa la cual convierte etanol a acetaldehído, un carcinógeno reconocido.84 Recientemente, un cohorte de lesiones premalignas y de cáncer oral, analizados con sus respectivos sitios sanos contralaterales en el mismo paciente, a través de secuenciación 16S rRNA reportaron que: en las muestras de cáncer oral, la rama filogenética Firmicutes (en especial el género Streptococcus) y Actinobacteria (sobre todo el Rothia) fueron significativamente menores en comparación con las muestras control. La disminución en estos grupos fueron en las lesiones precancerosas cuando se comparaba en sitios sanos en lengua y piso de boca.85 Conclusiones El empleo de métodos genéticos y moleculares ha incrementado nuestro conocimiento en la composición y función del microbioma humano y oral tanto en salud como en enfermedad. Como discutimos previamente, las infecciones endógenas asociadas con la microbiota comensal no son causadas por un patógeno único, sino que son el resultado, en parte, de una acción concertada de un desequilibrio en el consorcio de especies bacterianas. El conocimiento y entendimiento completo de las interacciones entre los microorganismos es una tarea compleja. Más aún el control terapéutico para diversas infecciones, de carácter mixto endógeno en cavidad oral, pueden ser un punto clave en el mantenimiento y paro en el deterioro que pueda estar sufriendo un individuo con enfermedades sistémicas. Finalmente, es importante recordar que estas enfermedades resultan principalmente de la interacción entre el huésped y su microbiota, así como cambios en el microambiente, entendiéndose desde un punto de vista de ecología microbiana. Por tanto, las variaciones en la respuesta del huésped que influyen en la microbiota, necesitan ser ampliamente estudiadas, así como la influencia de los factores del microambiente, si deseamos en un futuro poder realizar terapias individualizadas en distintas condiciones sistémicas, basadas en el conocimiento del microbioma humano y oral. Referencias 1. Alberti KG, Zimmet P, Shaw J: Metabolic syndrome--a new world-wide definition. A Consensus Statement from the International Diabetes Federation. Diabet Med 2006;23:469-480. 2. Aguilar M, Bhuket T, Torres S, Liu B, Wong RJ: Prevalence of the metabolic syndrome in the United States, 2003-2012. JAMA 2015;313:1973-1974. 3. Balkau B, Charles MA, Drivsholm T, Borch-Johnsen K et al.: Frequency of the WHO metabolic syndrome in European cohorts, and an alternative definition of an insulin resistance syndrome. Diabetes Metab 2002;28:364-376. 4. 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Cuando fue posible, se menciona el nombre de la persona y el año cuando fue descrito el término por primera vez. Palabra Definición Acidogénico Capacidad de algunos microorganismos de producir ácidos orgánicos. Acidúrico Capacidad de algunos microorganismos de tolerar ambientes ácidos. Acino Cualquiera de los lobulillos que pertenecen a una glándula compuesta (M. Maplpighi en 1665). Adhesinas Proteínas presentes en las superfcies de algunos microorganismos tanto Gram positivos como negativos. Su principal función es favorecer la adhesión bacteriana a alguna célula ó superficie. Aerobia Tipo de respiración que requiere la presencia de oxígeno molecular. Este proceso ocasiona que ciertos compuestos orgánicos se oxiden completamente hasta dióxido de carbono y agua, liberando energía (L. Pasteur en 1875). Álcali Hidróxido metálico muy soluble en el agua, que se comporta como una base fuerte; un álcali típico es la sosa (Documentado desde 1506). Anaerobia Tipo de respiración en la que los principios inmediatos se oxidan parcialmente, liberando energía, en un proceso que no utiliza oxígeno sino otra sustancia oxidante como sulfato o nitrato. Este término se aplica normalmente a un microrganismo que puede vivir sin oxígeno (L. Pasteur en 1875). Anticuerpo Proteína producida por los linfocitos B tras la estimulación por un antígeno y que actúa específicamente contra él. Sinónimo de inmunoglobulina (P. Ehrlich en 1891). Antimicrobiano Sustancia que es eficaz para destruir o inihibir el crecimiento de los microorganismos (bacterias, hongos, parásitos, virus) (Documentado desde 1886). Antiséptico Sustancia con capacidad antimicrobiana que se aplica a un tejido vivo o sobre la piel para reducir la posibilidad de infección, sepsis o putrefacción (Documentado desde 1751). Apoptosis Muerte celular programada; es parte integral del desarrollo de los tejidos tanto de plantas como de animales pluricelulares. Cuando una célula muere por apoptosis, empaqueta su contenido, lo que evita que se produzca la respuesta inflamatoria característica de la muerte accidental o necrosis (J.B. Cormack en 1972). Artroplastia Reparación quirúrgica de una articulación (Documentado desde 1890). Aterosclerosis Forma común de arteriosclerosis caracterizada por la formación de ateromas en las paredes arteriales (Documentado desde 1904). Bacteremia Presencia de bacterias en la sangre (E.F.A. Vulpian en 1874). Bactericida Capacidad para destruir bacterias (Documentado desde 1884). Bacteriófago Agente o virus que infecta y se reproduce en el interior de las bacterias provocando su lisis (F. d’ Herelle en 1917). Bacteriostático Capacidad de un agente de impedir el desarrollo de las bacterias pero que no las destruye (Documentado desde 1912). Bioactivo Sustancia o material con capacidad de estimular o mudular una actividad biológica específica (Documentado en 1991 en el Workshop de la Sociedad Europea de Biomateriales). Biofouling Acumulación no deseada de microorganismos, plantas y animales en superficies sumergidas en agua marina. Bioinformática Diciplina científica que utiliza a la computación y a la tecnología de la información para organizar, analizar y distribuir información biológica con la finalidad de responder preguntas complejas en biología. Incluye la modelización y simulación de sistemas biológicos, y el desarrollo y aplicación de algoritmos orientados al análisis de datos en distintas áreas de conocimiento como la genómica (Documentado en 2001 por el Centro Nacional para la Información Biotecnológica). Biomaterial Material diseñado para interactuar en los sistemas biológicos, con el fin de evaluar, tratar, aumentar o reemplazr algún tejido, órgano o función del cuerpo (Documentado en 1991 en el Workshop de la Sociedad Europea de Biomateriales). Catequina Sustancia con propiedades antioxidantes que se encuentra en el té y que ayuda a proteger las células del daño causado por los radicales libres. Catión Ión con carga positiva que se desplaza hacia el cátodo (M. Faraday en 1834). Citocinas Proteínas inmunorreguladoras que segregan las células para actuar sobre otras; se aplica especialmente a las células del sistema inmunitario (Documentado desde 1974). Complemento El sistema del complemento es uno de los principales mecanismos de la inmunidad innata y el principal efector de la inmunidad mediada por anticuerpos. Del sistema del complemento forman parte la familia de las proteínas C que engloba unas 30 proteínas plasmáticas filogenéticamente muy conservadas con homólogos en vertebrados y en algunos invertebrados. El sistema del complemento interviene en la opsonización de patógenos y sus mecanismos efectores consiguen romper las membranas los patógenos formando poros y causando su destrucción. Es un sistema efector fundamental en la defensa frente a la infección. También participa en procesos inflamatorios locales y en la destrucción de células defectuosas del propio organismo (J. Bordet en 1896). Conjugación Proceso de transferencia de información genética desde una célula donadora a otra receptora que requiere de contacto directo entre ambas. Promovido por determinados tipos de plásmidos, que portan un conjunto de genes (Documentado desde 1843). Copolímero Molécula polimérica formada por dos tipos diferentes de monómeros unidos a la misma cadena polimérica. Corrosión Reacción química producto de la unión de un metal con el oxígeno causando un alto impacto electroquímico de carácter oxidativo que en muchos casos daña la estructura del material que se corroe. El proceso de corrosión es totalmente espontaneo y natural, también pueden presentar este proceso materiales no metálicos. Degranulación Proceso celular que libera los gránulos citoplasmáticos de algunas células involucradas en el sistema inmunitario, como los granulocitos (neutrófilos, basófilos y eosinófilos), los mastocitos, y ciertos linfocitos como las células asesinas naturales (NK) y las células T citotóxicas, cuyo principal propósito es destruir a los microorganismos invasores. Dehiscencia Afectación de la reparación de una herida tras una intervención quirúrgica en donde los tejidos afectados vuelven a separarse, provocando sangrado, inflamación, dolor y fiebre. Dimórfico Se aplica a la especie animal o vegetal cuyos individuos presentan de modo normal dos formas o aspectos marcadamente diferentes (Documentado desde 1826). Disacárido Carbohidrato compuesto de dos monosacáridos, iguales o distintos (Documentado desde 1892). Disbiósis Alteración del equilibrio en la población de microorganismos en un determinado sitio del cuerpo, lo cual influye de manera negativa al estado de salud del mismo. Disgeusia Alteración del sentido del gusto (Documentado desde 1970). Dislipidemia Alteración respecto a los niveles normales de lípidos plasmáticos; también llamada dislipemia (Documentado desde 1966). Dominio molecular Son unidades estructurales compactas, estables, dentro de una proteina, formadas por segmentos de una cadena peptidica que se pliegan de forma independiente, con una estructura y funcion distinguible de otras regiones de la proteina y estabilizadas por las mismas fuerzas que la estructura terciaria. Los dominios pueden considerarse como unidades elementales de la estructura y evolucion de las proteinas, que son capaces de plegarse y de funcionar de una manera relativamente autónoma. Un dominio a veces esta formado por motivos, pero otras veces no contiene ninguno. La estructura terciaria de muchas proteinas esta formada por varios dominios. A menudo un dominio realiza una funcion especifica y separada para la proteina como: enlazar a un ligando, “atravezar” la membrana plasmatica (proteinas transmembrana), contener el sitio catalitico (enzimas), enlazar al DNA (en factores de transcripcion), proveer una superficie para enlazarse especificamente a otra proteina. Endocitosis Proceso por el cual la célula introduce en su interior moléculas grandes o partículas a través de su membrana; implica la invaginación de la membrana plasmática y la formación de vesículas (Documentado desde 1963). Enzima Sustancia proteínica que actúa como catalizador de procesos metabólicos ( W. Kühne en 1877). Eucariota Tipo de célula caracterizada principalmente por presentar su material genético organizado en cromosomas y encerrado en un núcleo celular envuelto por doble membrana (É. Chatton en 1925). Exantema Erupción de la piel de color rojo que desaparece con la presión (Utilizada desde Hipócrates, siglo V a.C. para erupciones cutáneas). Exocitosis Proceso de secreción de macromoléculas y partículas hacia el exterior de la célula; las vesículas situadas en el citoplasma se fusionan con la membrana citoplasmática y liberan su contenido (C. de Duve en 1963). Exopolisacáridos Son polisacáridos excretados por las células bacterianas que han logrado adherirse a alguna superficie sólida, y que empezarán a formar una biopelícula. Su presencia proteje a las celulas bacterianas de daños como la deshidratación, la fagocitosis, el ataque de bacteriófagos, antibióticos, compuestos tóxicos, la depredación por protozoos, estrés osmótico (Documentado desde 1999). Factor de virulencia Capacidad de un microorganismo de causar daño en el hospedero o huésped; como la invasividad y toxicidad. Fagocitosis Captura de partículas microscópicas que realizan cierto tipo de células con fines alimenticios o de defensa, mediante la emisión de pseudópodos (E. Metchnikoff en 1887). Fenotipo Realización visible del genotipo de un organismo en un determinado ambiente (W. Johannsen en 1909). Filogenético Del estudio científico de cómo se generan las especies y cómo se clasifican (E. Haeckel en 1874). Filotipo Definido por el grupo filogenético; es decir, cuando se conoce el origen, formación y desarrollo evolutivo general de una especie biológica. Fimbrias Apéndice proteínico presente en muchas bacterias, más delgado y corto que un flagelo. Estos apéndices oscilan entre 4 a 7 nm de diámetro y hasta varias micras de largo y corresponden a evaginaciones de la membrana citoplasmática que asoman al exterior a través de los poros de la pared celular y la cápsula. Su principal función es la adhesión. Flagelo Apéndice con forma de látigo que usan muchos organismos unicelulares y unos pocos pluricelulares; en las bacterias y arqueas son filamentos helicoidales que rotan como tornillos y que permiten el desplazamiento de la célula por un fluido (Documentado desde 1852). Fluido crevicular Líquido exudado por la encía que se encuentra en el surco gingival, cuya concentración normalmente es muy baja pero que aumenta considerablemente cuando hay inflamación en los tejidos periodontales. Genes Cada una de las unidades dispuestas en un orden fijo a lo largo de los cromosomas y que determinan la aparición de los caracteres hereditarios en los seres vivos. Como unidad de función, un gen puede definirse como la secuencia de nucleótidos relacionados con una función específica, como la síntesis de una cadena polipeptídica o una molécula de RNA (W. Johannsen en 1909). Glucemia Presencia de azúcar en la sangre, si es excesiva se habla de hiperglucemia, si es escasa de hipoglucemia (Documentado en 1869). Glucólisis Conjunto de reacciones químicas del interior de la célula que degradan algunos azúcares, obteniendo energía en el proceso (Documentado en 1932). Gluconeogénesis Formación de glucosa a partir de sustancias como grasas o proteínas que no son carbohidratos (Documentado en 1912). Gram tinción Tinción utilizada para observar y diferenciar bacterias por medio de microscopía óptica de campo claro. La positividad a la tinción se debe a la cantidad de pared celular presente en las bacterias; las bacterias Gram positivas (con mayor cantidad de pared celular) retienen la tinción de cristal violeta y se observan de color violeta o morado, mientras que las negativas a la tinción sólo se pueden observar cuando se utiliza el colorante de contraste (safranina) que les dá una tonalidad rosada (H.C.J. Gram en 1884). Granulopoyesis Formación de granulocitos. Hibridación in situ fluorescente Esta técnica deriva de la hibridación in situ convencional y su objetivo es el de detectar secuencias específicas de ácidos nucléicos mediante sondas fluorescentes. El apareamiento se da por la complementariedad de bases a través de puentes de hidrógeno que se forman entre los nucleótidos (D. Pinkel en 1984). Hibridación de DNA-DNA Técnica de biología molecular que permite identificar secuencias de DNA de interés utilzando una sonda de DNA con una secuencia complementaria. Sus aplicaciones son extensas en el área de la taxonomía ya que permite desde la identificación de microorganismos hasta la determinación de la distancia genética entre dos organismos (D.T. Denhardt en 1966). Hidrofílico Capacidad de una sustancia o material de interaccionar fácilmente con el agua debido a que tiene grupos polares fuertes. Hidrofóbico Sustancia o material que no presenta afinidad por el agua y por tanto no puede tener interacciones ión-dipolo ni mediante puentes de hidrógeno con el agua. Hipertensión Presión arterial más alta de lo normal (Documentado en 1893). Homeostasis Conjunto de fenómenos de autorregulación, conducentes al mantenimiento de una relativa constancia en las composiciones y las propiedades del medio interno de un organismo (W.B. Cannon en 1926). Hospedero Organismo que alberga a otro en su interior o lo porta sobre sí, ya sea un parásito, un comensal o un mutualista. En biología se utiliza como sinónimo de huésped (Documentado en 1857). In vitro En biología, indica que cierto fenómeno biológico se efectúa y observa en el laboratorio. En medicina, se aplica a la afección, que se produce fuera del cuerpo vivo, por ejemplo, en un tubo de ensayo u otro ámbito artificial. Infección nosocomial Infección adquirida en un hospital (Documentado en 1855). Inflamación Alteración patológica en una parte cualquiera del organismo, se considera un mecanismo de defensa del sistema inmune innato. Reacción caracterizada por trastornos de la circulación de la sangre, aumento de calor, enrojecimiento, hinchazón y dolor. Inmunoglobulina Grupo de proteínas del suero de la sangre de los vertebrados; consisten en una estructura cuaternaria formada por cuatro cadenas polipeptídicas: dos cadenas largas idénticas o pesadas y dos cortas o ligeras (Documentado en 1953). Integrinas Son una gran familia de glicoproteínas, con un rol importante en varios procesos biológicos como agregación plaquetaria, inflamación, función inmune, reparación de tejidos, metástasis celular y migración de tejidos durante la embriogénesis. Además intervienen en patologías como cáncer, trombosis y enfermedades inflamatorias (R.O. Hynes en 1992). Interleucina Cada una de las diversas citocinas producidas por los linfocitos y macrófagos activados en una respuesta inmune (Documentada en 1979 por el Second International Lymphokine Workshop). Isómero Se aplica a los cuerpos que, con igual composición química, tienen distintas propiedades físicas (J. J. von Berzelius en 1830). Ligando Molécula capaz de ser reconocida por otra entidad molecular (normalmente una proteína) considerada de forma arbitraria ‘central’ con respecto al ligando, y que cuando se unen provoca una respuesta biológica. Metabolito Sustancia que toma parte en algún proceso metabólico (Documentado en 1884). Microbioma Se refiere al genoma de los microorganismos (microbiota) presentes en un ecosistema determinado. Morbilidad Proporción de personas que enferman en un sitio y tiempo determinado (Documentado en 1876). Movimiento Browniano Movimiento aleatorio de partículas o moléculas suspendidas en un medio líquido, debido a las colisiones moleculares que ocurren dentro de dicho medio (Descrito por R. Brown en 1827 y explicado por A. Einstein hasta 1905). Mutación Alteración o cambio en la información genética de un ser vivo que se presenta súbita y espontáneamente, y que se puede transmitir o heredar a la descendencia; la unidad genética capaz de mutar es el gen. En los seres multicelulares, las mutaciones sólo pueden ser heredadas cuando afectan a las células reproductivas (H. de Vries en 1901). Neutrófilo Granulocito propio de la sangre con función fagocitaria, que se tiñe por igual con colorantes ácidos y básicos (P. Ehrlich en 1880). Odinofagia Sensación dolorosa al tragar alimento (Documentado en 1880). Péptido Nombre genérico de los compuestos formados por la unión de dos o más aminoácidos (E. Fischer en 1902). Plásmido Anillo de DNA extracromosómico que se replica de forma autónoma (J. Lederberg en 1952). Polisacárido Polímero de carbohidratos que por hidrólisis se descompone en monosacáridos o derivados (B. Tollens en 1884). Potencial redox Es una medida de la actividad de los electrones cuyo valor relativo es medido contra el punto 0 del electrodo normal de hidrógeno. El potencial redox (Eh) se mide en milivoltios o voltios. Un valor Eh positivo es indicativo de un ambiente que favorece las reacciones de oxidación. Del otro lado, un valor Eh negativo es indicativo de un ambiente altamente reductor. Probiótico Microorganismos vivos beneficiosos para quien los ingiere en cantidades adecuadas; al permanecer vivos en el intestino contribuyen al equilibrio de la flora bacteriana (Documentado en 1965). Procariota Tipo de célula caracterizada principalmente por carecer de un núcleo diferenciado, presentando su material genético libre en el citoplasma (É. Chatton en 1925). Proteína Biomolécula formada por cadenas lineales de aminoácidos; pueden ser muy diferentes unas de otras; forman parte de la materia fundamental de las células y tejidos (G. J. Mulder en 1838). Protón Partícula subatómica con carga eléctrica positiva, que constituye el núcleo de los átomos junto con los neutrones, y cuyo número, denominado número atómico, determina las propiedades químicas del átomo (Documentado en 1920). Quimiotáxis Tendencia de las células u órganos a moverse en dirección determinada por la influencia de estímulos químicos (W. Pfeffer en 1888). Regulador alostérico Regulador enzimático que actúa cambiando la conformación del sitio catalítico de una enzima, mediante su unión en un sitio diferente llamado sitio alostérico (F. Jacob y J. Monod en 1962). Selectinas Familia de moléculas de unión a carbohidratos que se encuentran en la superficie celular de células endoteliales, leucocitos y plaquetas; juegan un papel muy importante en procesos fisiológicoa de la respuesta inmune, como el reclutamiento de leucocitario. Reciemtemente también han sido implicadas en procesos patológicos como el cáncer (Documentado desde 1990 en el Simposio Europeo de Inmunología Plaquetaria). Síndrome de Sjögren Enfermedad autoimnume de etiología desconocida, en donde el sistema inmunitario ataca las glándulas que producen las lágrimas y la saliva causando resequedad en los ojos y la boca. También se pueden afectar las articulaciones, piel, pulmones, tracto intestinal, sistema nervioso y riñones (Documentado por T. Leber en 1882 y descrita clinicamente por H. Sjögren en 1933). Sondas de DNA Fragmento de DNA con una secuencia conocida que se encuentra marcado con una molécula reportadora. Se utiliza para detectar la presencia de una secuencia complementaria de DNA o RNA. Tropismo microbiano Especificidad o afinidad de los microorganismos por un determinado tejido o lugar para colonizar. Xerostomía Sequedad de la boca por mal funcionamiento de las glándulas salivares (W.B. Hadden en 1890).
