Kivun aiheuttamat tulehdusmekanismit myötävaikuttavat ienkudoksen vaurioitumiseen

Tutkimuksen taustaa

Kipuun ja tulehdusreaktioihin liittyy verivirtausmuutoksia. Joidenkin kipusyndroomien kohdalla kipu voi olla syntyjään verisuoniperäistä, esimerkiksi migreenityyppisessä päänsäryssä. Myös muihin suun ja kasvojen alueen kiputiloihin, kuten purentatoimintahäiriöihin liittyy veri- virtausmuutoksia. Kipuhermojen C-syyt ovat suurimmaksi osaksi vastuussa tästä tulehdustyyppisestä kivusta ja siihen liittyvästä verivirtauksen lisääntymisestä. Tutkimus selvitti C-kipuhermojen roolia tulehduksen hermoperäiseen leviämisessä ja verivirtausmuutoksissa suun ja kasvojen alueella. Aikaisemmat eläintutkimukset ovat ehdottaneet kolmoishermon perifeeristen aksonien voivan ylittää yläleuan keskilinjan ja hermottavan molemminpuolisesti yläleuan etuhampaita. Me suunnittelimme koesarjan selvittääksemme, voiko kokeellisella hammaskivulla tai capsaisiinilla aiheutettu verivirtauksen lisääntyminen ikenessä ylittää yläleuan keskilinjan. Jos tämä aksonirefleksi-välitteinen veri- virtauksen nousu ylittäisi keskilinjan, tutkimus antaisi näyttöä keskilinjan ylittävästä hermotuksesta yläleuan ikenessä ihmisillä. Tulehduksen välittäjäaineet (neuropeptidit) ja kudostuhoajat (MMP:t) myötävaikuttavat kudoksen tuhoutumiseen. Tämän vuoksi kokeita haluttiin suorittaa myös selvittääksemme kokeellisen akuutin hammaskivun ja kokeellisen tulehduksellisen ienkivun vaikutusta tulehdusreaktion välittäjäaineiden ja kudos-tuhoajien määrään ientaskunesteessä.

Tutkimuksen tarkoitus

Väitöskirjatutkimuksessa selvitettiin kliinisellä tutkimuksella tulehdusreaktioon liittyvää kipua, verivirtausmuutoksia ja kudostuhoa. Verivirtausmuutokset perustuvat tulehduksen neurogeenisiin vaikutuksiin, joissa välittäjänä toimii kipuhermoista vapautuva neuropeptidi SP. Kudostuhoa aiheuttavat kollagenaasi-entsyymit, joista kollagenaasi-2:a (MMP-8) pidetään parodontiumissa keskeisimpänä. Tämän tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää kokeellisesti hampaan ja parodontiumin tulehdusreaktion aiheuttamia muutoksia ienkudoksen verivirtauksessa sekä ientaskunesteen MMP-8 ja neuropeptidi SP määrässä.

Tutkimuksen toteutus

Kliininen tutkimus suoritettiin Helsingin yliopiston Hammaslääketieteen laitoksella, Biomedicumissa, Turun yliopiston Hammaslääketieteen laitoksella sekä Erlangenin yliopistossa Saksassa. Tutkimuksessa oli mukana terveitä koehenkilöitä. Kokeellinen tulehdusreaktio aiheutettiin hampaan sähköärsytyksellä ja penslaamalla ien capsaisiiniilla, joka on chiliä sisältävä aine. Ientaskuneste kerättiin standardoidulla stripsi-menetelmällä. Ientaskunesteestä määritettiin tulehdusreaktion aiheuttamat MMP-8:n ja neuropeptidi SP-tasojen muutokset. Hammasta ympäröivän tukikudoksen verivirtausmuutokset kartoitettiin non-invasiivisesti Laser Doppler imaging-laitteistolla.

Tulokset

Tutkimus osoittaa, että capsaisiinin aiheuttama paikallinen hermovälitteinen tulehdusreaktio ikenessä ja limakalvolla ei ylitä yläleuan keskilinjaa. Capsaisiini laukaisee myös MMP-8:n vapautumisen läheisten hampaiden ientaskunesteessä, mutta tämä MMP-8 tason nousu ei myöskään jatku yli keskiviivan viereiseen sektoriin. Tutkimustulosten mukaan kokeellinen hammaskipu aiheuttaa paikallisesti ientaskunesteessä MMP-8 ja neuropeptidi SP-tason nousua. Tulokset tukevat hypoteesia, että tulehdusreaktio voi levitä hermovälitteisesti hammasytimestä sitä ympäröiviin kiinnityskudoksiin.

Johtopäätökset

Tutkimus on kliinisesti merkittävä, koska se selvittää tulehdusreaktion neurogeenisiä mekanismeja sekä avain-välittäjäaineiden (neuropeptidi SP ja MMP-8) toimintaa tulehdusreaktion etenemisessä hampaan ja sitä ympäröivän tukikudoksen välillä. Tutkimustulokset luovat perustan tarkemmalle suun sisäisten tulehdustilojen diagnostiikalle sekä uusien täsmällisten hoitomuotojen kehittämiselle.

Pain-evoked alterations on gingival blood flow and gingival crevicular fluid (GCF) neuropeptide SP and collagenase-2 (MMP-8) levels

Vasoactive agents such as substance P are known to contribute to the inflammatory type of pain. Pain-associated inflammatory reactions may initiate expression of several pro- and anti-inflammatory mediators. MMP-8 has been considered to be the major destructive protease, especially in the periodontitis-affected gingival crevice fluid (GCF). Experiments were carried out to study whether tooth stimulation and capsaicin stimulation of alveolar mucosa would induce changes in GCF MMP-8 levels and whether tooth stimulation would release neuropeptide SP in GCF. Painful tooth stimulation was performed by a constant current tooth stimulator. Painful stimulation of the gingiva was achieved by capsaicin-moistened filter paper. Pain-evoked vasoactive changes in gingivomucosal tissues were mapped by laser Doppler imaging. Pain-evoked release of MMP-8 in GCF samples was studied by immunofluorometric assay and Western immunoblotting. The SP levels in GCF were analysed by Enzyme immunoassay. Unilateral stimulation of alveolar mucosa and attached gingiva by capsaicin evoked a distinct neurogenic vasodilatation in the ipsilateral gingiva, which attenuated at the midline. In contrast to capsaicin stimuli, tooth stimulation produced symmetrical vasodilatations bi-laterally. Capsaicin stimulation of the alveolar mucosa induced elevations in MMP-8 levels in GCF of the adjacent teeth. Painful stimulation of the upper incisor provoked elevations in GCF MMP-8 and SP levels of the stimulated tooth.

OSAJULKAISUT

I Kemppainen P, Avellán N-L, Handwerker H.O, Forster C. Differences between tooth stimulation and capsaicin-induced neurogenic vasodilatation in human gingiva. Journal of Dental Research 2003; 82(4): 303–307.

II Avellán N-L, Sorsa T, Tervahartiala T, Mäntylä P, Forster C, Kemppainen P. Painful tooth stimulation elevates matrix metalloproteinase-8 levels locally in human gingival crevicular fluid. Journal of Dental Research 2005; 84(4): 335–339.

III Avellán N-L, Kemppainen P, Tervahartiala T, Vilppola P, Forster C, Sorsa T. Capsaicin-induced local elevations in collagenase-2 (matrix metalloproteinase-8) levels in human gingival crevice fluid. Journal of Periodontal Research 2006; 41: 33–38.

IV Avellán N-L, Sorsa T, Tervahartiala T, Forster C, Kemppainen P. Experimental tooth pain elevates neuropeptide substance P and matrix metalloproteinase-8 levels in human gingival crevice fluid. Acta Odontologica Scandinavica 2008; 66: 18–22

Lämmin kiitos väitöskirjatyötä taloudellisesti tukeneille: Biomedicum Helsinki säätiö, Emil Aaltosen säätiö, Helsingin yliopisto, K. Albin Johanssons stiftelse, Liv och Hälsa, Maud Kuistilan Muistosäätiö, Suomen Hammaslääkäriseura Apollonia, Suomen Kulttuurirahasto, Suomen Naishammaslääkärit ry, Turun yliopisto ja Valtakunnallinen kliininen tutkijakoulu (VKTK)