Инфекционно-воспалительные заболевания пародонта в полной мере можно назвать болезнями цивилизации, если учесть, что в списке наиболее частых заболеваний человека им отводится шестое место. Постоянное действие предрасполагающих факторов (социальных, системных, ятрогенных, местных условий полости рта и др.) на фоне неблагополучия окружающей среды чрезвычайно часто приводят к развитию пародонтопатий во всех возрастных группах с увеличением доли поражений средней и тяжелой степени у лиц старше 35 лет. Согласно сообщению ВОЗ (WHO: Oral health. Fact sheet №318, April 2012), современные успехи в понимании этиологии патогенеза, а также в лечении этих заболеваний существенно не изменили положение к лучшему.

Инфекционно-воспалительные заболевания пародонта склонны к хроническому прогредиентному течению, и от своевременности диагностики, раннего начала адекватных лечебных и реабилитационных мероприятий зависит исход патологического процесса. В одном из обзоров U. Carounanidy, R. Sathyanarayanan [14], посвященных проблеме диагностики кариеса как провоцирующего фактора заболеваний пародонта, авторы прокомментировали диаграмму «Кариесный айсберг», предложенную в свое время N. Pitts, C. Longbottom [38], которая довольно четко отражает состояние диагностики этого патологического состояния и основные проблемы, связанные с ней на современном этапе (рис. 1).

Можно полагать, что данная диаграмма может быть применена к диагностике не только кариеса, но и любой другой стоматологической патологии, при этом авторы так описывают основные этапы становления диагностического процесса:

1) разработка строгих критериев диагностики, основанных на легко выявляемых признаках заболевания;

2) совершенствование техники диагностических методов, направленных на снижение их диагностического порога при верификации диагноза на качественном уровне;

3) разработка методов количественной оценки патологических состояний для распознавания «скрытых» отклонений, не регистрируемых на качественном уровне;

4) переход от логически построенной, номинальной или порядковой шкалы оценки патологического процесса к числовой шкале, позволяющей осуществлять мониторинг заболевания и прогноз его течения и исходов [14].

Представленная схема отчетливо демонстрирует, что начиная со второго этапа у врача-стоматолога возникает насущная необходимость не ограничиваться клиническими методами обследования больного, а прибегать к инструментальной и лабораторной диагностике. Так, если на первом этапе основу диагностики составляет принцип клинического наблюдения, то на втором этапе необходим иной уровень оценки данных, который требует научной разработки перечня биологических маркеров заболевания и наличия в арсенале лабораторной диагностики способов их регистрации. На третьем этапе речь идет о количественной оценке биомаркеров лабораторными методами и научной разработке сопутствующих признаков заболевания - индикаторов, факторов и детерминант риска развития самого заболевания и его неблагоприятных исходов. Наконец, четвертый этап предполагает создание системы диагностического мониторинга с определением предикторов заболевания, его биологических маркеров, критериев оценки его течения, прогноза возможных исходов и эффективности лечебных мероприятий.

С этой точки зрения развитие лабораторных методов и возможность их применения в диагностике стоматологических заболеваний требует не только их технического совершенства, но и учета особенностей патогенеза поражений полости рта, в том числе инфекционно-воспалительного генеза, а это, в свою очередь, является важнейшим шагом к разработке методов патогенетической терапии данных заболеваний [44].

Разработка критериев для лабораторно-диагностического процесса

Современный уровень организации лабораторно-диагностического процесса в стоматологии наглядно можно проследить на примере инфекционно-воспалительных заболеваний пародонта, частота развития которых у взрослых людей достигает 50-70% [3, 45].

Как известно, инфекционно-воспалительный процесс в пародонте чаще всего инициируется вирулентными микроорганизмами пародонтопатогенных видов, одного воздействия которых, по современным представлениям, недостаточно, поскольку для развития и прогрессирования патологического процесса определенное значение имеют особенности реагирования на патогены самого макроорганизма [21, 41]. После запуска инфекционного процесса поражение пародонта, как правило, прогрессирует с потерей волокон коллагена и их связи с цементом зуба, миграцией апикального эпителия, углублением пародонтальных карманов и резорбцией альвеолярной кости [36].

Современные представления о патогенезе развития инфекционно-воспалительных заболеваний пародонта довольно детально описаны в работах [24, 28, 45] и др., а общая схема их развития может выглядеть так, как это показано на рис. 2.

В соответствии с представленной схемой важнейшим пусковым фактором в инициации патологического процесса является формирование зубной бляшки как многослойной микробной биопленки с участием пародонтопатогенных микроорганизмов [12, 29]. К их числу принадлежат такие возбудители хронического воспалительного процесса в пародонте, как Tanerella forsythensis, Porphyromonas gingivalis, Treponema denticola, а также индуктор острого агрессивного воспаления Actinobacillus actinomycetemcomitans [45, 50]. Все эти пародонтопатогены являются источником липополисахаридов (ЛПС), способных взаимодействовать с клетками поврежденного эпителия, нейтрофильными гранулоцитами, моноцитами/макрофагами, фибробластами через Toll-подобные рецепторы (TLR) [28].

Следует подчеркнуть, что процесс взаимодействия пародонтопатогенов с TLR клеток в значительной мере отличается от такового с участием нормальной микрофлоры биопленок. Так, на модели кариеса было установлено, что представители нормальной микрофлоры в отличие от патогенов индуцируют образование цитокина TФРβ1 (трансформирующий фактор роста β1), который в свою очередь угнетает экспрессию TLR [27]. В отличие от этого сценария при преобладании патогенной микрофлоры через TLR обеспечивается непрерывный поток сигналов, активирующих макрофаги и другие иммунокомпетентные клетки, несущие эти рецепторы [27], и побуждающих их к хемотаксису, секреции провоспалительных цитокинов (фактор некроза опухоли α (ФНОα), интерлейкины (ИЛ)-1, -6, -8), высвобождению матриксных металлопротеиназ и других ферментов, продукции специфичных к микробным антигенам иммуноглобулинов, продуцируемых с участием привлеченных хемокинами Т- и В-лимфоцитов [24, 28, 45, 50]. Высвобождающиеся ферментативные субстанции принимают участие в деградации коллагена и других белков внеклеточного матрикса, в результате чего теряется контакт между пародонтом и костью [3, 24, 45]. Довольно велика роль провоспалительных цитокинов, которые, помимо индукции воспалительных изменений в тканях, способны активировать остеокласты и способствовать таким образом резорбции кости альвеолярных отростков [45].

В результате всех описанных взаимодействий в гингивально-цервикальной жидкости возникает сложный комплекс молекул, включающий электролиты и другие малые молекулы, белки, цитокины, антитела, бактериальные антитела, ферменты, продукты распада соединительной и костной тканей [18, 31, 39, 43]. Все указанные компоненты потенциально могут рассматриваться как биомаркеры инфекционно-воспалительных заболеваний пародонта.

В таблице

В наиболее полном виде эти биомаркеры описаны M. Taba и соавт. [45]. При этом M. Curtis, I. Gillett [15] в свое время предложили выделять три категории биомаркеров:

1) показатели текущей активности заболевания;

2) предикторы прогрессирования заболевания;

3) предикторы заболевания у здорового в настоящее время человека.

Среди этих категорий биомаркеров особого внимания заслуживает группа признаков, позволяющих прогнозировать прогрессирование заболевания и отражающих количественные характеристики показателей.

Таким образом, на примере инфекционно-воспалительных заболеваний пародонта отчетливо видно, что техническое совершенствование лабораторного определения биомаркеров, его перевод на уровень количественного тестирования является важнейшей задачей стоматологии, как и любой другой клинической дисциплины, поскольку позволяет не только точно и своевременно поставить диагноз заболевания, но и прогнозировать его прогрессирование, осложнения и исходы. С этой точки зрения современные методы лабораторной диагностики и их возможности заслуживают отдельного обсуждения.

Среди всего арсенала методов лабораторной диагностики стоматологических заболеваний оптические методы всегда занимали значительное место в силу их доступности и информативности. Недаром гистологическое исследование биоптатов пораженных тканей было и остается «золотым стандартом» диагностики. В последние десятилетия микроскопическая техника претерпела столь значительные изменения, что позволяет говорить о современных способах микроскопического исследования не только как о научном методе, но и как о способе неинвазивной прижизненной диагностики стоматологических заболеваний.

Существует несколько принципов, положенных в основу современных оптических методов, среди которых особое значение в медицине приобрели конфокальная микроскопия и сканирующая микроскопия ионной проводимости. Для исследовательских целей не потеряла своего значения в стоматологии и электронная микроскопия [12].

История создания конфокального микроскопа относится к середине прошлого века, когда в 50-х годах биологам понадобилось увеличить контраст наблюдения меченых флюорохромами объектов в толстых срезах тканей. Для разрешения этой проблемы М. Минский, профессор Массачусетского технологического института в США, предложил использовать для флюоресцентных микроскопов конфокальную схему. Конфокальный микроскоп основан на принципе получения точечного сигнала от флюоресцирующего объекта в толще ткани с помощью лазерного луча. В связи с этим конфокальный микроскоп, имеющий высокий контраст, дает две неоценимые возможности: он позволяет исследовать ткани на клеточном уровне в состоянии физиологической жизнедеятельности, а также оценивать результаты исследования (т.е. клеточной активности) в четырех измерениях - высота, ширина, глубина и время [37].

Эта техника оказалась пригодной не только для изучения препаратов из микроорганизмов или срезов тканей, а c 1980 г. стала применяться для исследований in vivo [48]. Так, указанным методом стало возможным определение структуры эпителиальных тканей на глубину 0,1-0,5 мм, давая при этом характеристику клеточного состава и микроваскуляризацию тканей пародонта [52]. Особенно эффективным было использование конфокальной микроскопии для изучения механизма формирования биопленок в составе зубной бляшки и идентификации, в частности, пародонтопатогенных микроорганизмов [29].

Принцип сканирующей микроскопии ионной проводимости (СМИП) был предложен в 1989 г. в Калифорнийском университете P. Hansma и соавт. [25] и в настоящее время предназначается для исследования мягких объектов биологической природы, в частности, клеток в нативном состоянии. Принцип работы СМИП основан на использовании в качестве зонда стеклянной микропипетки, регистрирующей ионный ток, протекающий через ее внутреннее отверстие с радиусом около 100-500 нм, что позволяет сканировать поверхность объекта. Используя СМИП, можно получить детальную информацию о функционировании биологических клеток с нанометровым уровнем пространственного разрешения [11].

Метод может быть использован in vivo для изучения особенностей функционирования клеточных мембран [33], для регистрации движения клеток и их контактов, взаимодействия клеток с вирусами и другими микроорганизмами. Несмотря на широкие возможности метода в изучении эпителиальных структур, опыт применения метода в стоматологии пока остается лишь перспективным.

Методы молекулярной биологии в стоматологии включают широкий круг способов оценки качественного и количественного состава микрофлоры полости рта и биомаркеров различных стоматологических заболеваний. К числу наиболее часто используемых методов относится полимеразная цепная реакция (ПЦР).

Метод ПЦР изобрел в 1983 г. американский ученый Кэри Мюллис. Впоследствии он получил за это изобретение Нобелевскую премию. Сущность метода заключается в том, что он имитирует естественную репликацию нуклеиновых кислот и позволяет получать фрагменты последовательности ДНК, характерные для того или иного микроорганизма, в количествах, достаточных для их распознавания.

В соответствии с этим принципом ПЦР клинического образца включает в себя три основных этапа: пробоподготовка (выделение ДНК из клинического материала), циклы амплификации (умножения фрагментов ДНК) и регистрация результатов. В каждом цикле число копий амплифицируемого участка удваивается, за 30-40 циклов происходит накопление коротких специфических фрагментов в количестве, достаточном для их дальнейшего распознавания. Детекция продуктов амплификации осуществляется по-разному: с помощью электрофореза в агарозном геле, или путем гибридизации со специфическим олигонуклеотидным зондом, или с использованием метода масс-спектрометрии и т. д. [9].

ПЦР очень широко используется для обнаружения и идентификации микробных возбудителей, в том числе и пародонтопатогенных микроорганизмов [4, 7, 8, 35], при этом метод позволяет обнаружить возбудитель в биологическом материале даже тогда, когда другие методы оказываются неэффективными. Диагностическая эффективность ПЦР в этом случае значительно возрастает при ее сочетании с культуральным методом диагностики [12].

Помимо микроорганизмов, методом ПЦР можно определять экспрессию генов, регулирующих образование рецепторов или секреторных продуктов в клетке. В последнем случае примером может служить обнаружение в остеокластах альвеолярных отростков генов, регулирующих нарушенный синтез коллагена I типа с образованием телопептидов, при этом детекция соответствующих генов после амплификации осуществляется путем ДНК-гибридизации [28].

Разнообразие приемов ПЦР, опробованных в стоматологии, можно продемонстрировать еще одним примером. Ранее уже отмечалось, что пародонтогенные микроорганизмы могут инициировать выработку провоспалительных цитокинов и ферментных систем при взаимодействии с клетками, осуществляющими врожденный иммунитет, через Toll-подобные рецепторы (TLR) [27]. Уровень экспрессии мРНК генов TLR обычно определяют методом ПЦР в режиме «реального времени», совмещенной с обратной транскрипцией с использованием специфических праймеров. При этом мРНК служит матрицей для образования с помощью обратной транскриптазы комплементарной ДНК (кДНК), а последняя подвергается амплификации с помощью соответствующих праймеров [51].

Определенные перспективы сулит еще одно направление использования ПЦР - установление полиморфизма ряда генов, сопряженных с высокой вероятностью тяжелого течения хронического пародонтита. Речь идет об аллельных вариантах гена ИЛ-1 - IL-1α +4845 и IL-1β +3954, в соответствии с которыми человека можно отнести либо к «благоприятному», либо к «неблагоприятному» генотипу по возможности развития хронического пародонтита и тяжести его течения [42].

Помимо ПЦР, к методам молекулярной биологии, перспективным для стоматологической клинической практики, следует отнести масс-спектрометрию - физический метод исследования вещества путем определения отношения массы заряженных частиц вещества к их заряду (качества) и количества заряженных частиц, образующихся в процессе воздействия на вещество. С помощью метода масс-спектрометрии различных биологических субстратов можно решать одну из важнейших задач медицины - определение маркеров болезней путем выявления белков, измененный уровень экспрессии которых может послужить средством ранней, доклинической диагностики заболеваний [6]. В стоматологии имеется пример проведения протеомных исследований методом масс-спектрометрии для исследования состава биопленок полости рта [30]. Этим методом было определено большинство биомаркеров инфекционно-воспалительных заболеваний пародонта, относящихся к продуктам распада соединительной и костной ткани.

В последние годы изучение протеома слюны как основы общеклинических лабораторных исследований стало занимать значительное место, наряду с исследованиями крови/плазмы, ликвора, мочи [47].

Для определения молекулярных продуктов деградации соединительной ткани, резорбции костной ткани, провоспалительных цитокинов широко используют методы иммуноанализа, основанные на применении меченых моноклональных антител. Моноклональные антитела - высокоспецифичные антитела, реагирующие, как правило, на одну антигенную детерминанту и получаемые с использованием гибридомных технологий, т.е. путем скрещивания иммуноцитов с клетками плазмоцитомы. Полученные таким образом клетки гибридомы обладают способностью к неограниченной пролиферации и синтезу антител только одной узкой специфичности, соответствующей клональной специфичности исходного иммуноцита [1]. Для использования в методах иммуноанализа моноклональные антитела подвергают мечению, сшивая их с молекулами флюорохрома, радиоактивной меткой, магнитными частицами или ферментом. В последнем случае использование меченых моноклональных антител служит основой иммуноферментного анализа.

Иммуноферментный анализ (ИФА, ELISA) - метод выявления антигенов или антител, основанный на определении комплекса антиген-антитело за счет введения в один из компонентов реакции ферментативной метки с последующей ее детекцией с помощью соответствующего субстрата, изменяющего свою окраску. Основой проведения любого варианта ИФА служит определение продуктов ферментативных реакций при исследовании тестируемых образцов в сравнении с негативными и позитивными контролями. Чаще всего аппаратный вариант ИФА воспроизводится как «сэндвич»-метод. К носителю с иммобилизованными антителами добавляют биологический материал, содержащий анализируемый антиген (микробные молекулы, цитокины, биомаркеры). В процессе инкубации на первой стадии на твердой фазе образуется комплекс антиген-антитело. Затем носитель отмывают от несвязавшихся компонентов и добавляют меченные ферментом специфические антитела. После вторичной инкубации и удаления избытка конъюгата антител с ферментом определяют ферментативную активность носителя, которая пропорциональна начальной концентрации исследуемого антигена. На стадии выявления специфического иммунокомплекса анализируемый антиген оказывается как бы зажатым между молекулами иммобилизованных и меченых антител, что послужило поводом для широкого распространения названия «сэндвич»-метод. Ферментативная реакция (цветная реакция, в которой фермент представлен обычно растительной пероксидазой) проходит в присутствии перекиси водорода и субстрата, представленного неокрашенным соединением, которое в процессе пероксидазной реакции окисляется до окрашенного продукта. Интенсивность окрашивания зависит от количества выявляемого антигена. Результат оценивается спектрофотометрически [5].

Иммуноферментный метод нашел широкое применение практически во всех областях медицины, используется он и в стоматологии, в том числе для определения биомаркеров заболеваний полости рта инфекционно-воспалительной природы. В частности, при заболеваниях периодонта методом ИФА определяют содержание в гингивально-цервикальной жидкости таких биомаркеров, как цитокины [17, 26, 27], протеогликаны [40], пептидные продукты тканевой деструкции [49]. Этот принцип используется в стоматологии и в качестве экспресс-метода диагностирования ВИЧ-инфекции с использованием проб из десневого содержимого [2].

Помимо ферментного принципа мечения антител в медицине широко используется флюоресцентный принцип. Моноклональные антитела, меченные флюорохромами, широко используются для обнаружения микроорганизмов и биомаркеров различных заболеваний в тканях - иммуногистохимический метод, охарактеризованный в разделе оптических методов. Меченные флюорохромами моноклональные антитела к маркерам клеток иммунной системы позволяют определять количественный состав последних в различных биологических образцах, в том числе и из ротовой полости. Индуктором флюоресценции в данном случае чаще всего служат лазерные лучи с различной длиной волны, а метод такой детекции получил название проточной цитофлюориметрии [16]. Проточная цитофлюориметрия как способ количественной характеристики клеточного состава иммунограмм биологических жидкостей, а также факторов бактерицидной активности в ротовой полости нашла свое применение в различных разделах стоматологии, поскольку позволяет работать как с кровью больных, так и со слюной [10, 46] и гингивально-цервикальной жидкостью [27].

Таким образом, развитие технологий, положенных в основу современных лабораторных методов, переводит диагностику стоматологических заболеваний на новый методический уровень. Создавая основу для разработки биомаркеров заболеваний полости рта, как было показано на примере заболеваний пародонта инфекционно-воспалительного генеза, современные лабораторные технологии не только открывают широкий простор для выявления признаков патологического процесса, но и позволяют прогнозировать его течение, осложнения, исходы на базе количественного мониторинга.