Effets du condensé de fumée de cigarette sur les
ostéoblastes
Mémoire
Houda Lallali
Maitrise en sciences dentaires - parodontie
Maitre ès sciences (M. Sc.)
Québec, Canada
Résumé
Le tabagisme est un facteur de risque dans le développement des maladies parodontales. Une dérégulation des fonctions ostéoblastiques du parodonte pourrait entrainer des maladies parodontales. Le but de cette étude est d’évaluer les effets de différentes concentrations d’un condensé de fumée de cigarette (CFC) sur l’adhésion, la croissance, la mort cellulaire et la minéralisation des ostéoblastes. Méthode: Différentes techniques ont été utilisées afin d’évaluer les effets du CFC sur l’adhésion, la prolifération, la mort cellulaire ainsi que la minéralisation des ostéoblastes. Résultats: Le CFC a des effets directs sur les ostéoblastes; leurs adhésion et prolifération sont modifiées de façon significative. Une augmentation de la lactate déshydrogénase et une modification du rapport Bax/Bcl2 ont été montrées. Ces effets ont une répercussion sur la minéralisation puisque la formation de nodules osseux est réduite en présence de CFC. Le CFC est nocif pour les ostéoblastes, augmentant le risque de développement d’une maladie parodontale.
Abstract
Smoking is a risk factor in the development of periodontal disease. Deregulation of osteoblast function could lead to periodontal gum disease. The purpose of this study is to evaluate the effects of different concentrations of cigarette smoke condensate (CFC) on the adhesion, growth, cell death and mineralization of osteoblasts. Method: Various techniques have been used to assess the effects of CFC on the adhesion, proliferation, cell death and mineralization of osteoblasts. Results: The CFC has direct effects on osteoblasts; their adhesion and proliferation are significantly modified. Increased lactate dehydrogenase and a change in the ratio of Bax / Bcl2 were shown. These effects have an impact on bone mineralization. Nodule formation is reduced in the presence of CFC. CFC is harmful to the osteoblasts, increasing the risk of developing periodontal disease.
Table des matières
Résumé ... iii
Abstract ... v
Table des matières ... vii
Liste des tableaux ... xi
Liste des figures ... xiii
Liste des abréviations et sigles ... xv
Remerciements ... xix
Avant-propos ... xxi
Introduction ... 1
1.1 Cigarette ... 1
1.1.1 Études épidémiologiques ... 1
1.1.2 Effets connus sur le corps ... 4
1.1.3 Composition ... 8 1.1.3.1 Tige de tabac ... 9 1.1.3.2 Le papier de cigarette ... 11 1.1.3.3 Le filtre ... 12 1.1.3.4 Le papier de recouvrement ... 12 1.1.3.5 La fumée de cigarette ... 12 1.2 Parodonte ... 15 1.2.1 La gencive ... 16 1.2.2 Le cément ... 17 1.2.3 Le ligament parodontal ... 18 1.2.3.1 Les fibroblastes ... 19 1.2.4 L’os alvéolaire ... 20
1.3 Composantes cellulaires de l’os alvéolaire ... 24
1.3.1 Les ostéoblastes ... 24
1.3.2 Les ostéocytes ... 26
1.3.3 Les ostéoclastes ... 26
1.4 Étiologie de la maladie parodontale et lien avec le tabagisme ... 28
1.5 Lien entre la fumée de cigarette et les cellules du parodonte ... 28
1.6 Pertinence du projet ... 33
1.7 Buts et objectifs du projet ... 33
1.8 Hypothèse de travail ... 34 Article ... 35 2.1 Résumé ... 36 2.2 Introduction ... 36 2.3 Modèle étiologique ... 37 2.4 Tabac ... 38
2.5 Lien entre le tabagisme et la maladie parodontale ... 39
2.6 Tabagisme et hygiène buccale ... 39
2.7 Tabagisme et flore bactérienne ... 40
2.8 Tabagisme et la réponse de l’hôte ... 40
2.9 Effets locaux de la nicotine ... 41
2.11 Greffe de tissu mou et dur ... 43
2.12 Implant et tabagisme ... 44
2.13 Cessation du tabagisme ... 45
2.14 Conclusion ... 45
Matériel et méthodes ... 51
3.1 Préparation du condensé de fumée de cigarette ... 51
3.2 Culture et entretien des cellules ostéoblastiques ... 53
3.3 Effet du CFC sur l’adhésion des OB ... 54
3.3.1 Coloration au Hoechst ... 54
3.4 Effet du CFC sur la croissance des OB ... 55
3.4.1 Évaluation de la prolifération ... 55
3.4.2 Effet du CFC sur la mort cellulaire des OB ... 56
3.4.2.1 Effet du CFC sur l’expression du lactate déshydrogénase par les OB ... 56
3.4.2.2 Effet du CFC sur l’apoptose des OB ... 57
3.4.2.3 Effet du CFC sur l’expression de Bax et Bcl-2 par les OB ... 58
3.5 Effet du CFC sur la différenciation/minéralisation des OB ... 60
3.5.1 Analyse qualitative de la formation de nodules minéraux suite à l’exposition de OB au CFC ... 61
3.5.2 Analyse quantitative de la formation de nodules minéraux suite à l’exposition des OB au CFC ... 61
3.6 Analyses statistiques ... 62
Résultats ... 63
4.1 Effet du CFC sur l’adhésion des OB ... 63
4.1.1 Évaluation de l’adhésion après 4 h d’exposition au CFC ... 63
4.1.2 Évaluation de l’adhésion après 8 h d’exposition au CFC ... 64
4.1.3 Évaluation de l’adhésion après 24 h d’exposition au CFC ... 64
4.2 Effet du CFC sur la prolifération des OB ... 66
4.2.1 Observations suite à une exposition des OB au CFC durant 30 min ... 66
4.2.2 Observations suite à une exposition des OB au CFC durant 60 min ... 66
4.2.3 Observations suite à une exposition des OB au CFC en tout temps ... 67
4.3 Effet du CFC sur la mort cellulaire des OB ... 68
4.3.1 Effets sur la cytotoxicité ... 68
4.3.1.1 Observations à 24 h d’exposition au CFC ... 68
4.3.1.2 Observations à 48 h d’exposition au CFC ... 69
4.3.2 Effets du CFC sur l’apoptose des OB ... 69
4.3.2.1 Observations à 24 h d’exposition au CFC ... 70
4.3.2.2 Observations à 48 h d’exposition au CFC ... 71
4.3.3 Effet du CFC sur l’expression de Bax et Bcl-2 ... 71
4.3.3.1 Observations à 24 h d’exposition au CFC ... 72
4.3.3.2 Observations à 24 h d’exposition au CFC ... 73
4.4 Effet du CFC sur la différenciation/minéralisation des OB ... 74
4.4.1 Analyse qualitative des dépôts calciques suite à l’exposition des OB au CFC 74 4.4.2 Analyse quantitative des dépôts calciques suite à l’exposition des OB au CFC 74 4.4.2.1 Observations à une semaine ... 74
4.4.2.3 Observations à trois semaines ... 76
4.4.2.4 Observations suite à 5 jours d’exposition au CFC après une période de minéralisation de trois semaines ... 77
Discussion ... 80
Conclusion ... 91
Médiagraphie ... 93
Annexe I – Graphique des résultats de la prolifération des OB suite à l’exposition au CFC durant 30 min ... 101
Annexe II – Graphique des résultats de la prolifération des OB suite à l’exposition au CFC durant 60 min ... 102
Annexe III – Graphique des résultats de la prolifération des OB suite à l’exposition au CFC en tout temps ... 103
Annexe IV – Photographies au microscope inversé des dépôts calciques suite à une coloration à l’AR, grossissement 4X et 10 X. Résultats à une semaine, exposition de 30 min. ... 104
Annexe V – Photographies au microscope inversé des dépôts calciques suite à une coloration à l’AR, grossissement 4X et 10 X. Résultats à 1 semaine, exposition de 60 min. ... 105
Annexe VI – Photographies au microscope inversé des dépôts calciques suite à une coloration à l’AR, grossissement 4X et 10 X. Résultats à 1 semaine, exposition en tout temps. ... 106
Annexe VII – Photographies au microscope inversé des dépôts calciques suite à une coloration à l’AR, grossissement 4X et 10 X. Résultats à 2 semaines, exposition de 30 min. ... 107
Annexe VIII – Photographies au microscope inversé des dépôts calciques suite à une coloration à l’AR, grossissement 4X et 10 X. Résultats à 2 semaines, exposition de 60 min. ... 108
Annexe IX – Photographies au microscope inversé des dépôts calciques suite à une coloration à l’AR, grossissement 4X et 10 X. Résultats à 2 semaines, exposition en tout temps. ... 109
Annexe X – Photographies au microscope inversé des dépôts calciques suite à une coloration à l’AR, grossissement 4X et 10 X. Résultats à 3 semaines, exposition de 30 min. ... 110
Annexe XI – Photographies au microscope inversé des dépôts calciques suite à une coloration à l’AR, grossissement 4X et 10 X. Résultats à 3 semaines, exposition de 60 min. ... 111
Annexe XII – Photos au microscope inversé des dépôts calciques suite à une coloration à l’AR, grossissement 4X et 10 X. Résultats à 3 semaine, exposition en tout temps. ... 112
Annexe XIII – Photographies au microscope inversé des dépôts calciques suite à une coloration à l’AR, grossissement 4X et 10 X. Résultats à 3 semaines, exposition de 30 min. ... 113
Annexe XIV – Photographies au microscope inversé des dépôts calciques suite à une coloration à l’AR, grossissement 4X et 10 X. Résultats à 3 semaines, exposition de 60 min. ... 114 Annexe XV – Photographies au microscope inversé des dépôts calciques suite à une
Liste des tableaux
Tableau 1: Agents potentiellement responsables des principales maladies associés au
tabagisme………..……. 15
Tableau 2: Principales protéines en relation avec les cellules osseuses ………..……..32
Tableau 3: Facteurs locaux favorisant l’accumulation de plaque dentaire ……….…..38
Tableau 4 : Dilution de la solution mère………... 53
Tableau 5 : Informations sur les anticorps utilisés……… 60
Tableau 6: Comportement des OB suite à une exposition au CFC durant 4h, 8h ou 24h ….63 Tableau 7: Comparaison de la prolifération après 30 min d’exposition au cfc………..…. 67
Tableau 8: Comparaison de la prolifération après 60 min d’exposition au cfc………..…. 67
Liste des figures
Figure 1 : Comparaison de la consommation de cigarettes par pays……….…. 2
Figure 2 : Proportion des fumeurs au Canada de 15 ans et plus en 2012……….….. 3
Figure 3: Maladies pouvant être causées par l’utilisation de tabac ou l’exposition à la fumée secondaire………..…….. 8
Figure 4: Couche formant une cigarette……….……. 9
Figure 5: Mécanisme de formation de la fumée de cigarette……… 14
Figure 6: Anatomie du parodonte………. 16
Figure 7: Schéma d’une section histologique illustrant la gencive en contact avec la dent .17 Figure 8: Différenciation cellulaire des cellules du ligament parodontal………. 19
Figure 9: Coupe histologique du parodonte……….. 20
Figure 10: Conformation de l’os autour d’une dent………. .22
Figure 11: Os cortical……… 23
Figure 12: Matrice osseuse en formation……….. 25
Figure 13 : Grossissement d’un ostéoclastes……… 27
Figure 14 : Mécanisme de fabrication du condensé de cigarette……….…………. 52
Figure 15 : Disposition des lamelles dans les plaques à six puits……… .54
Figure 16: Image au microscope optique à épifluorescence de l’adhésion à 4 h…………. .64
Figure 17: Image au microscope optique à épifluorescence de l’adhésion à 8 h…………. .65
Figure 18: Image au microscope optique à épifluorescence de l’adhésion à 24 h………… 65
Figure 19: Résultat à 24 h de la cytotoxicité des OB suite à l’exposition au CFC durant 60 minutes ou en tout temps……….. 69
Figure 20: Résultat à 48 h de la cytotoxicité des OB suite à l’exposition au CFC durant 60 minutes ou en tout temps………. 70
Figure 21: Comportement apoptotique des SaOS-2 suite à l’exposition au CFC après 24 h ………...71
Figure 22: Comportement apoptotique des SaOS-2 suite à l’exposition au CFC après 48 h ………..72
Figure 23: Résultat du western blot après une exposition de 24 h……….. 73
Figure 24: Résultat du western blot après une exposition de 48 h……….. 73
Figure 25 : Photos au microscope inversé des dépôts calciques suite à une coloration à l’AR, grossissement 10 X………. 75
Figure 26: Quantification des dépôts calciques suite à l’exposition au CFC durant une semaine………. 76
Figure 27: Quantification des dépôts calciques suite à l’exposition au CFC durant deux semaines……… 77
Figure 28 : Quantification des dépôts calciques suite à l’exposition au CFC durant trois semaines……… 78
Figure 29 : Quantification des dépôts calciques suite à l’exposition au CFC durant cinq jours après trois semaines de minéralisation……… 79
Liste des abréviations et sigles
°C degré Celsius
210Po Polonium-210
AAP American Academy of Periodontology
ADN Acide désoxyribonucléique ALP Phosphatase alcaline
AR Alizarine rouge
BMP Bone morphogenic protein
BSP Sialoprotéine osseuse
CFC Condensé de fumée de cigarettes
CN Contrôle négatif
CO2 Dioxyde de carbone
CP Contrôle positif
CPC Chlorure de cétylpyridinium
CSM Cellules souches mésenchymateuses DMEM Dulbecco’s modified eagle medium
ECM Matrice extracellulaire minéralisée EDTA Acide éthylènediaminetétraacétique EGF Human epidermal growth factor
EMD Matrice dérivée de l’émail
F Fungizone
FBS Sérum fœtal bovin
FGF Fibroblastic growth factor
FITC Isothiocyanate de fluorescéine
H Hydrocortisone
h heure
H. pylori Helicobacter pylori
H42 Hoechst 33342
HCl Chlorure d’hydrogène
HCN Cyanure d’hydrogène
HPA Hydrocarbures polynucléaires aromatiques HRP Horseradish peroxidase
I Insuline
IGF Insulin-like growth factors
LDH Lactate déshydrogénase
LP Ligament parodontal
MCA Maladie coronarienne aigüe
min Minute
MPOC Maladie pulmonaire obstructive chronique
MTT (3 — [4,5 — diméthylthiazol-2yl]-2, 5 — diphényltétrazolium bromide) nAChR Récepteurs nicotiniques α-4 neuronaux de l’acétylcholine
NaCl Chlorure de sodium NaDe Déoxycholate de sodium
NADH Nicotinamide adénine dinucléotide NaH2PO4 Phosphate de sodium monobasique
NDH+ Nicotinamide adénine dinucléotide oxydé
NF Non-fumeur
NHANES National Health and Nutrition Examination Survey
NIC Nicotine
NNAL 4-(méthylnitrosamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanol NNK 4-(méthylnitrosamine)-1-(3-pyridyl)-1-butanone NNN n’-nitroso-nomicotine
NO Monoxyde d’azote
NOx Oxydes d’azote
OB Ostéoblastes
OC Ostéoclastes
Oct Ostéocytes
OMS Organisation mondiale de la Santé
OSP Ostéopontine
P Pénicilline
PBS Solution saline tamponnée au phosphate PDGF Platelet-derived growth factor
PI Iodure de propidium
PSR Periodontal Screening and Recording Index
RUNX2 Runt-related transcription factor 2
S Streptomycine
SaOS-2 Ostéoblastes provenant d’un ostéosarcome humain SDS Sodium dodécyl sulfate
SNC Système nerveux central
T Transferrine humaine
T° Température
T3 2 x 10-9 M de 3', 5'-triiodo-L-thyronine TGF- β Transforming growth factor-β
tPA Tissue plasminogen activator
TRAP Phosphatase acide tartrate-résistante Tween 20 Polyoxyéthylène sorbitan monolaurate
Western blot Immunobuvardage de type western
« Chaque bonne réalisation, grande ou petite, connait ses périodes de corvée et de triomphe; un début, un combat et une victoire » Gandhi
Remerciements
J’aimerais, d’abord et avant tout, remercier mon directeur de recherche, le Dr Mahmoud Rouabhia, de m’avoir chaleureusement invité à joindre son groupe de recherche. Merci de m’avoir guidé tout au long de mon projet et de m’avoir transmis votre passion envers la recherche. Cette expérience a été très enrichissante, autant sur le plan personnel que professionnel. Je suis fière d’avoir travaillé dans votre laboratoire et d’en ressortir avec autant de nouvelles connaissances.
Je tiens également à remercier ma co-directrice de recherche, la Dre Joanie Faucher, de m’avoir apporté l’aspect clinique lors de ma recherche. Je te remercie également pour ta disponibilité, ton support et tes encouragements.
Merci au Dr Luc Giasson, membre de mon comité d’encadrement, de m’avoir donné des pistes de réflexion et d’avoir autant stimulé ma curiosité scientifique. Je vous remercie également pour votre disponibilité, votre écoute et surtout pour vos précieux conseils de rédaction.
Merci à Neftaha Tazi, Dounia Rouabhia, Ibrahim Alharbi et Éric Jacques, membres du Greb, pour leur aide précieuse lors de mon apprentissage des techniques de laboratoire. J’aimerais remercier particulièrement Hyunjin Park, sans qui mon projet de recherche n’aurait pas été le même. Merci Hyunjin pour ta patience, ton enseignement et ta bonne humeur quotidienne!
Finalement, j’aimerais remercier ma famille et mes amis de m’avoir encouragé, d’avoir été compréhensif et surtout de toujours avoir cru en moi. Merci Andrée-Chantale pour tes bonnes paroles au bon moment! Finalement, un merci distinctif s’impose pour Mark; merci pour tes encouragements, ton positivisme et surtout d’avoir su rendre mes nombreuses heures de rédaction plus agréables!
Avant-propos
L’article « Le tabac et la maladie parodontale : Où en sommes-nous » inclut dans ce mémoire a été soumis et accepté pour publication dans le Journal de l’ordre des dentistes du Québec. La recherche bibliographique, la rédaction du premier jet, les corrections ainsi que la soumission à l’éditeur ont été fait par Houda Lallali, équivalent à 75 % de la charge de travail. L’article a été révisé et modifié par la Dre Joanie Faucher et le Dr Luc Giasson, équivalent à 15 % et 10 % respectivement de la charge de travail.
CHAPITRE 1
I
NTRODUCTION
1.1 Cigarette
Le tabagisme est une dépendance qui fait partie de la société humaine depuis plus de 600 ans, bien que cette pratique date d’environ 5 000 ans avant Jésus-Christ (1). Plusieurs formes de tabagisme existent telles que la cigarette, la pipe, le cigare, les cigarettes électroniques. La cigarette est présentement la forme de tabagisme la plus commune dans les temps modernes. Il est généralement bien admis par la population que fumer tue. Toutefois la connaissance exacte des toxines causales et des mécanismes moléculaires responsables de la pathogenèse reste incomplète. Il est curieux que les gens continuent de fumer de génération en génération même s’ils sont pleinement conscients des effets nocifs du tabagisme. La dépendance, le plaisir de fumer, la réduction du stress, la sensation de détente, l’influence des pairs, l’influence de la société, et l’habitude ou l’automatisme sont fréquemment cités comme raisons pour lesquelles les personnes fument (1).
1.1.1 Études épidémiologiques
Jusqu’à la 1re guerre mondiale, la cigarette était utilisée de façon modérée. En 1920, la consommation annuelle de cigarette variait entre 400 et 800 cigarettes par personne (chez les 15 ans et plus). La consommation a ensuite dramatiquement augmenté jusqu’au milieu des années 60, où l’on comptait plus de 4 400 cigarettes par année par personne (2). La consommation a ensuite commencé à diminuer comme le montre la figure 1.
Figure 1 : Comparaison de la consommation de cigarettes par pays.
États-Unis (USA), Royaume-Uni (UK) et Japon (Japan). (Tirée de Hoffman et Hoffman 1997 (2)) Malgré la mise en évidence des effets nocifs de la fumée de cigarette, la popularité de la cigarette ne diminue pas puisqu’on estime qu'une personne sur trois fume à l’échelle mondiale (3). Selon les statistiques recueillies par l'Organisation mondiale de la Santé (OMS), il y aurait environ 1,1 milliard de fumeurs dans le monde, dont 80 % vivant dans des pays à faible et moyen revenu. Si la tendance actuelle se maintient, le nombre total de fumeurs atteindra environ 1,6 milliard en 2025 (3).
La grande majorité des fumeurs développe cette habitude avant l’âge de 25 ans; 88 % des fumeurs ont consommé une cigarette avant l’âge de 18 ans et 99 % avant l’âge de 26 ans (4). Les statistiques montrent que dans les pays développés, huit individus sur dix commencent à fumer à l’adolescence (3). Environ un étudiant sur quatre au secondaire rapporte avoir fumé une cigarette dans les 30 derniers jours (4). Le Canada ne fait pas exception à ces statistiques; 21 % des jeunes entre la cinquième année du primaire et la troisième année du secondaire disent avoir expérimenté un produit à base de tabac et 2 % rapportent être fumeur régulier (5). Plusieurs raisons incitent les jeunes à essayer la cigarette; l’influence des pairs, l’influence parentale, les pauvres performances scolaires, la
dépression et l’anxiété sont les plus citées (6). Le processus affectif joue un rôle important dans le comportement des jeunes fumeurs car il y a une forte association entre le tabagisme et une faible confiance en soi. C’est entre autres pour ces raisons qu’encore 16 % des Canadiens sont fumeurs, soit l’équivalent d’environ 4.6 millions de personnes (figure 2) (7).
Figure 2 : Proportion des fumeurs de 15 ans et plus au Canada en 2012.
Fumeur actuels = englobe les fumeurs quotidiens et les fumeurs occasionnels; Ancien fumeur = personne qui ne fumait pas au moment de l’entrevue, mais qui a répondu OUI à la question « Avez-vous fumé au moins 100 cigarettes au cours de votre vie? »; Personne ayant déjà fumé = Catégorie qui regroupe les anciens fumeurs et les fumeurs actuels; Personne n’ayant jamais fumé = Personne qui ne fumait pas au moment de l’entrevue et qui a répondu NON à la question « Avez-vous fumé au moins 100 cigarettes au cours de votre vie? » (Tirée de Santé Canada, 2013 (7))
Le tabagisme et l'exposition à la fumée du tabac sont associés à des décès prématurés. Près de 21 % de tous les décès au cours de la dernière décennie seraient, directement ou indirectement, causés par le tabagisme (8). Un fumeur peut perdre jusqu’à dix ans d’espérance de vie comparativement à un non-fumeur (NF). L’usage du tabac continue d’être la principale cause de décès évitable à l’échelle mondiale. Il tue près de 6 millions de personnes mondialement par année en plus de provoquer la mort de plus de 600 000 NF par la fumée secondaire (9). Les effets de la cigarette sont un lourd fardeau pour le système de soins de santé. Ils provoquent des pertes économiques représentants des centaines de milliards de dollars par année. En plus des coûts reliés aux soins de santé, le tabagisme
entraîne une perte financière reliée à la perte de productivité. Malheureusement, il est estimé que près de la moitié du milliard de fumeurs dans le monde finira par mourir d’une maladie liée au tabac et qu’en 2030, plus de huit millions de personnes sur la planète en décéderont (9).
Plusieurs programmes ont été mis sur pied afin de sensibiliser les fumeurs aux effets néfastes du tabac. Les sondages rapportent que 80 % des fumeurs veulent arrêter. Toutefois, seulement 35 % d’entre eux essaient réellement et moins de 5 % y parviennent définitivement (10). Une forte proportion de fumeurs regrettent avoir commencé cette habitude, mais se sentent incapables d’arrêter (11). Sans interventions de sevrage tabagique, les taux de réussites sont faibles; plus de 98 % des fumeurs reprendront leurs habitudes s’ils n’utilisent aucune aide (11).
1.1.2 Effets connus sur le corps
Après une longue période d’insouciance, on reconnaît maintenant l’utilisation du tabac comme étant en lien avec plusieurs problèmes de santé. Ce n’est qu’en 1964 que le premier rapport du US Surgeon General a rapporté les premiers liens. Depuis ce temps, les connaissances ont beaucoup évolué et des évidences scientifiques ont été publiées, documentant les implications de l’utilisation du tabac et la mortalité ou la morbidité engendrée. La moitié des morts aux États-Unis sont attribuables à une dépendance au tabac ou à l’exposition à la fumée secondaire (4). La dépendance au tabac est considérée comme une maladie chronique, souvent développée à l’adolescence ou chez les jeunes adultes et nécessitant une évaluation médicale continuelle. L’inhalation d’un mélange complexe provenant de la combustion de composés chimiques cause plusieurs problèmes de santé, particulièrement des cancers et des maladies cardiaques et pulmonaires. Les dommages à l’ADN, l’inflammation et les stress oxydatifs sont les principaux mécanismes causals (4). Il y a suffisamment d’évidences pour affirmer qu’il existe un lien de causalité entre le tabagisme actif et certaines maladies, autrement dit en l’absence d’une exposition au tabac la maladie n’arriverait pas ou surviendrait seulement à un âge plus avancé.
Ce ne sont pas tous les fumeurs qui développeront une maladie associée au tabac; chaque individu répondra de façon spécifique à la fumée de cigarette. Les différences
interindividuelles, la sensibilité génétique, le nombre de cigarettes fumées par jour, la durée d’usage de la fumée de cigarette ainsi que le mélange des nombreux produits chimiques jouent un rôle contributoire dans la diversité de la réponse au tabac (1,12).
Plusieurs tissus dans le corps sont exposés à des substances toxiques et carcinogènes provenant du tabac. L’exposition systémique se fait par l’absorption de ces composés dans la circulation sanguine tandis que l’exposition locale touche directement les lèvres, la langue, les gencives et les dents. Les produits du tabac sont dissous dans la salive et atteignent les tissus dont l’oropharynx, le larynx, l’oesophage, l’estomac ainsi que le tractus gastro-intestinal. Les composés excrétés dans l’urine provoquent une exposition transitoire au niveau des reins et de la vessie (13). Les ingrédients composants ces produits sont de véritables agents toxiques avec des effets locaux et systémiques à court et à long terme. Le tabagisme est associé à environ 40 conditions, dont une grande proportion avec un lien de causalité, pouvant mener à la mort (12).
Cancers: Au moins douze types de cancers sont reliés au tabagisme. Le développement des cancers est dose-dépendant ainsi que temps-dépendant (11,14,15).
Problèmes respiratoires: L’action combinée des différents composés de la fumée de cigarette entraîne des effets inflammatoires chroniques. De sérieuses conséquences peuvent toucher la structure et la fonction des bronches centrales et périphériques, des alvéoles et des capillaires. La maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC) et l’emphysème sont les problèmes respiratoires les plus répandus chez les fumeurs. Il y a une forte corrélation entre le nombre de cigarettes fumées et la baisse de la capacité respiratoire (11,14,15).
Système immunitaire: La fumée de cigarette endommage le système immunitaire local en diminuant la capacité de prolifération des lymphocytes T et B. Il n’est donc pas étonnant que les fumeurs présentent des risques accrus de maladies infectieuses. De plus, les évidences sont suffisantes pour affirmer que le tabac compromet l’homéostasie au sein du système immunitaire augmentant le risque de plusieurs désordres auto-immuns (11,14,15).
Problèmes cardiovasculaires: Ils sont principalement liés au monoxyde de carbone (CO) et à la nicotine. Le CO est responsable de la réduction du transport d’oxygène par voie systémique causé par l’augmentation de la concentration de carboxyhémoglobine. De plus, les deux produits ont des effets de détérioration sur la structure et la fonction des vaisseaux sanguins, des plaquettes et des leucocytes inflammatoires, conduisant à une augmentation des spasmes vasculaires et des plaques d’athéroscléroses. Le tabac peut entraîner des changements chroniques au niveau du myocarde. Il y a une
augmentation du risque et de la récurrence des crises cardiaques, des maladies coronariennes aigües (MCA) et une augmentation des risques de morts subites causées par une MCA. L’augmentation du risque de maladies coronariennes peut être notée suite à l’utilisation de faibles doses de tabac (11,14,15).
Fractures: Le tabagisme a un effet sur le métabolisme osseux. La diminution de la densité minérale osseuse est associée à un risque accru de fractures de la hanche chez les femmes ménopausées. De façon générale, la densité osseuse est moindre chez les femmes fumeuses que chez les NF (11,14,15).
Helicobacter pylori (H. pylori): Il s’agit d’une bactérie prédisposant aux cancers gastriques. Elle induit des changements précancéreux. Le tabagisme induit la diminution du flot sanguin et des sécrétions de mucus, réduisant ainsi la distribution d'antibiotiques naturels au niveau de l'estomac et favorisant le développement de
H. pylori (11,14,15).
Fertilités: Les femmes fumeuses ont un plus grand taux d'avortement spontané que les non-fumeuses. De plus, le tabagisme est un facteur de risque pour l'impuissance chez les hommes (11,14,15).
Dommages oculaires: Il a été démontré que le tabagisme est lié à la dégénérescence maculaire liée à l’âge. Les effets néfastes du tabac sur les yeux sont encore mal compris. Toutefois, il a été prouvé qu’il y a une diminution des effets protecteurs des antioxydants et qu’il y a une diminution de la densité du pigment maculaire (11,14,15). Arthrite rhumatoïde: Il s’agit d’une maladie auto-immune dont le tabac est l’une des
causes de la stimulation de la réponse (11,14,15).
Grossesses: Il existe des preuves que les constituants de la fumée de cigarette ont la capacité de traverser le placenta durant la grossesse, réduisant la croissance fœtale in
utero, augmentant les risques d'accouchements prématurés et les croissances
ectopiques; prédisposant ainsi le fœtus à d’éventuels problèmes de santé au courant de sa vie. De plus, quelques malformations congénitales sont reliées à l’utilisation du tabac durant la grossesse (11,14,15).
Vieillissement cellulaire: Des études analysant la longueur des télomères dans les cellules ont démontré que la longueur de ces derniers est différente chez un fumeur comparativement à un NF. Selon l'âge télomérique, les fumeurs étaient, en moyenne, huit ans biologiquement plus vieux que les NF. Cette affirmation correspond aux observations faites entre la mortalité et le tabagisme, qui montrent que les fumeurs meurent en moyenne environ dix ans plus tôt que les NF (11,14,15).
Diabète: Il existe une relation dose-réponse positive entre le nombre de cigarettes fumées et le risque de développer le diabète. Un fumeur est 30 à 40 % plus à risque qu’un NF (11,14,15).
Parodontite: Le risque de développer une maladie parodontale est 2.6 à 6 fois plus élevé que chez les fumeurs. De plus, la sévérité de la maladie parodontale est en lien avec le nombre de cigarettes consommées. Les fumeurs ont un plus grand nombre de poches parodontales profondes, plus de perte d’attache clinique de la dent, une plus grande perte de l’os alvéolaire, plus de perte de dents, plus de défauts verticaux et plus d’atteintes de furcations (16).
La fumée secondaire touche plus de personnes que le tabagisme actif; 20 à 80 % de la population mondiale est affectée, dont environ 700 millions d’enfants, équivalent à la moitié des enfants dans le monde (12). En dépit des différences quantitatives, la composition chimique de la fumée de tabac ambiante est très semblable à celle de la fumée principale et peut prédisposer au cancer du poumon et augmenter les risques d’infections des voies respiratoires inférieures (17). Elle est presque aussi nocive que le tabagisme actif. Certains facteurs de risque tels le nombre de fumeurs, le taux de tabagisme, la grandeur de la chambre, la ventilation et la durée de l'exposition peuvent influencer les réactions possibles. La fumée secondaire est nuisible à la santé pour toutes catégories de personnes exposées, toutefois les enfants sont les plus vulnérables, en particulier durant les premières années de vie.
Une faible exposition à la fumée primaire ou une exposition à la fumée secondaire entraîne rapidement des dysfonctions endothéliales et de l’inflammation responsable d’évènements cardiovasculaires aigus et de thromboses (4).
Les maladies causées par le tabac peuvent prendre plusieurs décennies à se développer, et ce malgré le fait que le tabagisme soit très commun dans une population. Des décès prématurés sont causés par le développement de maladies reliés à l’utilisation du tabac (Figure 3). Les trois causes principales de décès attribuables au tabagisme sont les cancers du poumon, les cardiopathies ischémiques et la maladie pulmonaire obstructive chronique (18). Depuis quelques années, les fabricants de cigarettes ont publicisé certaines sortes de cigarettes comme étant à «faible en teneur en goudron» ou à «faible teneur en nicotine». De nombreux fumeurs croient que ces modifications rendent les cigarettes plus sécuritaires. Cependant, la différence dans le risque de décès prématurés chez les fumeurs de ces cigarettes modifiées versus les fumeurs de cigarettes conventionnelles n’est pas significative (11). Il n’y a pas suffisamment d’évidences à ce jour pour affirmer que la mise
en place de stratégies dans le but de diminuer les émissions de produits toxiques réduirait suffisamment les risques sur la santé (4).
Figure 3: Maladies pouvant être causées par l’utilisation de tabac ou l’exposition à la fumée secondaire.
(Adaptée du U.S Department of Health and Human Services, 2014 (15)) 1.1.3 Composition
Chaque année, environ 5 400 milliards cigarettes sont produites, vendues et fumées (19). Les manufacturiers ont adopté les dispositions nécessaires pour augmenter la production afin de répondre à la demande du marché. La cigarette d’aujourd’hui est fort différente de
celle des premiers jours où le tabac était manuellement roulé dans des feuilles de papier de riz. Plusieurs ingrédients se sont ajoutés au cours des années dans le but de ralentir la combustion, de moduler la force, de donner une meilleure apparence et permettre une standardisation des caractéristiques selon la sorte et la marque.
Une cigarette contemporaine semble être un produit simple, comprenant essentiellement cinq composantes (Figure 4): Les deux principales composantes, une tige de tabac recouverte par un papier à cigarette et raccordé à un filtre, qui lui est enveloppé par un papier contenant une substance tampon, sont reliées entre elles par un papier de recouvrement.
Figure 4: Couches formant une cigarette.
La cigarette est formée d’une tige de tabac (1), d’un papier à cigarette (2), d’un filtre (3) et le tout enveloppé par un papier imprégné d’une substance tampon (4) et d’un papier de recouvrement (5). (Tirée de Zemann, 2011 (19))
1.1.3.1 Tige de tabac
Le tabac est l'ingrédient clé d'une cigarette, dans la fumée produite, à la fois en terme quantitatif et qualitatif. Le type et la composition du mélange de tabac peuvent varier considérablement en fonction de la marque de la cigarette et des demandes culturelles (19).
Nicotiana tabacum est l’une des 64 espèces de plantes, provenant de la famille des
Solanacés, les plus cultivées au monde pour la préparation de tabac commercialisé (2). Une fois déshydratées, les feuilles produites par ces plantes sont très riches en nicotine (NIC). La NIC est un alcaloïde renfermant des propriétés pharmacologiques puissantes. Les alcaloïdes sont synthétisés dans les racines du tabac puis sont transportés dans les feuilles selon un gradient de concentration, permettant aux feuilles du sommet de la plante d’être plus concentrées en NIC que les feuilles à la base. La NIC est l’ingrédient influençant le comportement du fumeur par la dépendance qu’elle crée.
Son absorption à travers des membranes cellulaires est dépendante du pH. En milieu acide, la NIC est sous forme ionisée et est difficilement absorbée. À pH physiologique (7.4), environ 31 % sont sous forme non ionisée et peuvent facilement traverser les membranes (20). La façon dont le tabac est traitée et les composés ajoutés au mélange peuvent moduler le pH environnant et par le fait même influencer l’absorption de la NIC. La NIC se retrouve majoritairement dans la phase particulaire de la fumée de cigarette (99 %) et plus faiblement dans la phase vapeur (environ 1 %) (20). La forme non ionisée est principalement présente dans la phase vapeur, permettant une absorption rapide par les membranes muqueuses de la cavité orale (2). L’absorption se fait essentiellement au niveau buccal, créant des effets au niveau du système nerveux central (SNC) en moins de sept secondes (20,21). Les fumeurs ont la capacité de contrôler la dose de NIC qu’ils absorbent selon le nombre de bouffées prises, la profondeur et la durée de l’inhalation ainsi que la dilution avec l’air environnant. Compte tenu de tous ces facteurs, il est difficile d’établir la dose de NIC absorbée chez un fumeur (20). Une cigarette contient environ 1.5 % de NIC, équivalant à 10-15 mg (22). Il a été démontré dans une étude avec un échantillon de grande taille qu’indépendamment de la quantité théorique de NIC présente dans la cigarette, les fumeurs en extraient en moyenne un peu plus de 1 mg.
La biodisponibilité de la NIC est de 30 à 40 % (22). Son métabolite principal, formé à la suite de l’oxydation hépatique, est la cotinine. De façon générale, les sous-produits de la NIC pénètrent moins bien que la NIC elle-même dans le SNC et sont moins toxiques (22). Il reste que la cotinine a des propriétés pharmacologiques puissantes au niveau du SNC, du système cardiovasculaire et du système enzymatique. La nornicotine est le second métabolite en importance. Ce produit entrainerait des réactions de glycation au niveau des protéines, rendant le patient plus susceptible aux maladies métaboliques. Ces réactions sont associées à des maladies tels le diabète, l’athérosclérose, l’Alzheimer et certains cancers. De plus, ce métabolite demeure plus longtemps dans le sang que la NIC et produit des effets pharmacologiques analogues, mais d’intensité plus faible (20).
La NIC possède une demi-vie d’élimination de deux heures (h). La concentration en NIC augmente au courant d’une journée selon la consommation du fumeur. D’un point de vue pharmacodynamique, il peut s’accumuler trois à quatre demi-vies au niveau systémique,
exposant continuellement le fumeur à des concentrations pharmacologiques actives. L’abstinence nocturne permet d’éliminer une grande partie de la NIC accumulée, toutefois la demi-vie des métabolites est beaucoup plus longue, soit environ 16 h pour la cotinine. Il est rapporté que fumer cinq cigarettes par jour produit environ 70 ng de cotinine/mL d’urée excrétée, ce qui correspond à une consommation quotidienne de 4 à 6 mg de NIC (2). Une absorption rapide de 2 à 5 mg de NIC peut causer de la nausée et des vomissements surtout chez une personne non fumeuse et l’absorption de 40 à 60 mg chez un adulte peut être létale (22). Les fumeurs développent une accoutumance à la NIC, diminuant les effets de celle-ci malgré la présence de doses élevées dans le sang.
La NIC crée à la fois une action stimulante et dépressive. Les fumeurs disent se sentir alertes tout en ressentant une relaxation musculaire. La NIC active le noyau accumbens ce qui joue un rôle important dans le système de récompense, le rire, le plaisir et l’assuétude (22). C’est un puissant stimulant psychomoteur, provoquant la libération de dopamine et de noradrénaline tout en réduisant le taux de renouvellement de la sérotonine. Au niveau cardiovasculaire, une action artériorelaxante est observée, créant le sentiment de relaxation. De plus, une inhibition de la synthèse de cortisol, d’œstrogène et d’aldostérone déséquilibre le système enzymatique (20). La NIC provoquerait des effets pharmacologiques similaires à la morphine (20).
1.1.3.2 Le papier de cigarette
La fonction primaire du papier à cigarette est de retenir la tige de tabac. Il recouvre 60 à 70 % de la surface d'une cigarette, représentant 3-4 % de son poids (19). Ce papier est lui-même enrobé d’un papier de recouvrement. En plus d’offrir une résistance mécanique, il contribue à l’apparence de la cigarette (blancheur, opacité, esthétique) et à certaines propriétés générales telles que la livraison de la fumée principale et de la fumée secondaire, la vitesse de combustion, l'apparence des cendres, le goût, etc. Il est essentiellement composé de cellulose, de matériaux à charges minérales agissants de remplisseur et d’agents de combustion. Les centaines de composés chimiques formants cette couche influencent qualitativement et quantitativement le CO, le goudron et la NIC retrouvés dans la fumée secondaire ainsi que le poids de base de la cigarette, la porosité, la perméabilité et
d’air lors d’une aspiration, diluant la fumée principale et diminuant le goût de la cigarette. Les agents de combustion modifient la chimie de combustion du papier permettant le maintien d’une combustion lente de la cigarette entre les bouffées. Toutefois, ces agents, principalement des nitrates, sont mutagènes et cancérigènes pour l’humain.
1.1.3.3 Le filtre
Ce n’est qu’en 1950 que l’ajout des filtres, une composante importante dans la cigarette d’aujourd’hui, a eu lieu. Ainsi, avant cette date, aucune cigarette n’était filtrée. Les filtres modernes sont composés d’acétate de cellulose. Pour certaines marques de cigarettes, des systèmes de filtres multisegments sont utilisés, permettant une double et parfois même une triple filtration du tabac. Son rôle principal est de bloquer le passage de certaines composantes afin d’empêcher que ces dernières se retrouvent dans la fumée de cigarette (19,20).
1.1.3.4 Le papier de recouvrement
Le papier de recouvrement enveloppe la cigarette sur toute sa longueur. Sa principale fonction est de relier physiquement la tige de tabac et le filtre. Il joue un rôle important dans la réduction de la production de la fumée. Ce papier doit être traité, sans quoi, il resterait collé aux lèvres des fumeurs. Une substance hydrophobe l’englobe (19).
Selon le Comité International de Recherche sur le Cancer, plus de 7 000 substances chimiques sont inhalées lorsqu’une cigarette est consommée, dont des substances toxiques, des substances psychodépendantes, et plus de 70 substances classées cancérigènes (18). Il a été suggéré que la fumée éjectée dans l’environnement par un fumeur contient environ 20 fois plus de composés chimiques que la cigarette elle-même. De multiples composantes ont été identifiées jusqu’à aujourd’hui, formant 95 % du poids de la fumée de cigarette (23). Des centaines de produits non identifiés seraient aussi présents en quantité très faible.
1.1.3.5 La fumée de cigarette
Entre le moment où une cigarette est allumée jusqu’à son extinction, une série de procédés physico-chimiques ont lieu à l’intérieur et à l’extérieur de celle-ci. Il est donc plus
important de s’intéresser à la chimie de la fumée de cigarette car c’est à cette dernière que les fumeurs et les NF sont principalement exposés.
La fumée de cigarette peut être définie comme étant un aérosol dynamique constitué d’une portion gazeuse et d’une portion particulaire (20). La fumée principale est la fumée inhalée par le fumeur au cours d’une bouffée. La fumée latérale est la portion dégagée de la cigarette allumée entre les bouffées et elle se combine avec la partie expirée de la fumée principale pour former la fumée de tabac ambiante, aussi connue sous le nom de fumée secondaire ou de fumée passive. La fumée de cigarette est générée lorsque le fumeur prend une bouffée de la cigarette; l'air est aspiré à l’extrémité de la tige de tabac allumée, ce qui provoque la combustion du tabac, du papier à cigarette ainsi que de tous les produits chimiques combustibles. Dans cette région, la température (T°) peut atteindre 900-950 degrés Celsius (°C) (24). Deux zones sont observées dans la région incandescente (Figure 5). La première est une zone de combustion, riche en oxygène, et où des réactions d’oxydation exothermiques sont prépondérantes. La seconde est une zone de pyrolyse-distillation très pauvre en oxygène, où des réactions de dégradations endothermiques se produisent. La plupart des composés non volatils de la fumée se forment dans la zone de pyrolyse-distillation tandis que les composés gazeux peuvent se former dans les deux zones (25). Le filtre en acétate de cellulose à travers lequel passe la fumée principale retient les éléments de la phase particulaire. Le processus complet génère plusieurs milliers de composés dans la fumée sous forme de particules et de gaz.
Figure 5: Mécanisme de formation de la fumée de cigarette. (Tirée de Saint-Jalm, 2002 (25))
Entre les bouffées, un flux de convection d'air autour de la zone de combustion soutient la combustion. La T° dans le cône est sensiblement plus faible (600 °C) à celle au cours de la bouffée (950 °C) (19). Les principaux produits formés entre les bouffées sont le CO, le dioxyde de carbone, l'hydrogène et l'eau. La fumée secondaire quitte la cigarette entre les bouffées comme un flux visible et non désiré par la plupart des NF (19). Dans un premier temps, l’humidité et les composés volatils se distillent et se décomposent par la pyrolyse. La quantité et les ratios des composés relâchés dépendent du type et de la qualité du tabac. La NIC est principalement distribuée dans la phase particulaire avec seulement quelques traces dans la phase vapeur; 37 % de la NIC serait transférée à la phase particulaire de la fumée latérale et 15 % dans la phase particulaire du courant principal (26). Une diminution de la composition de la fumée ambiante demanderait une grande filtration des composantes, altérant le goût et les caractéristiques de la cigarette, ce qui plaît moins aux fumeurs (24). La NIC ainsi que la majorité des substances génotoxiques et cancérigènes sont présentes dans la phase particulaire. La phase vapeur contient plusieurs carcinogènes connus, mais n'a pas été démontrée comme étant aussi néfaste que la phase particulaire dans des expérimentations in vitro (27).
Une cigarette émet 400 à 500 mg de fumée principale contenant en moyenne 109 particules par millimètre dont la circonférence est de 0.1 à 1.0 µm (2). Le tableau 1 illustre les agents
présents dans la fumée de cigarette potentiellement responsables des principales maladies reliées à l’usage du tabac. La composition de la fumée de cigarette principale et secondaire est donc dépendante des paramètres reliés au tabac (le mélange, le poids, la densité, la composition), au papier à cigarette (les porosités, la diffusion) et au filtre (nombre de filtres, matériaux) (24).
TABLEAU 1:AGENTS POTENTIELLEMENT RESPONSABLES DES PRINCIPALES MALADIES ASSOCIÉS AU TABAGISME
CO= monoxyde de carbone, NO= monoxyde d’azote, NOx= oxyde d’azote, HCN= cyanure d’hydrogène, HPA= hydrocarbures polynucléaires aromatiques, NNK= 4-(méthylnitrosamine)-1-(3-pyridyl)-1-butanone, 210Po= Polonium 210, NNN=n’-nitroso-nomicotine,
NNAL= 4 (méthylnitrosamino)-1-(3-pyridyl)-1-butanol. (Tiré de Hoffmann et Hoffmann, 1997 et adapté par Abrous et coll. 2004 (2,20))
Troubles Agents incriminés Potentialisateurs ou agents associés
Dépendance tabagique Majeur : nicotine
Mineurs : alcaloïdes mineurs des nicotiana, agents
d’aromatisations
Acétaldéhyde
Maladies cardiovasculaires Majeurs : CO, oxydes d’azote, acide cyanhydrique, goudron
Mineurs : Cd, Zn, CO, goudron
Nicotine, agents alkoyants
Maladies obstructives
chroniques du poumon HCN, aldéhydes volatiles, NO, NOx, CO, goudron Cancers du poumon et du
larynx Majeurs : HPA, NNK Mineurs : 210Po,
formaldéhyde, acétaldehyde, butadiène, Cr, Cd, Ni Catéchol, promoteur de tumeurs, acétaldéhyde, alimentation, agents alkoylants
Cancers de la cavité orale Majeurs : NNN, NNK
Mineur : HPA Herpes simplex, alcool, alimentation
Cancer de l’oesophage NNN Alimentation
Cancers urinaires et de la
vessie 4-aminobiphényl, 2-naphtylamine, autres amines aromatiques
Cancer du pancréas NNK, NNAL Alimentation
Le parodonte est l’unité biologique et fonctionnelle entourant une dent. Il est constitué de quatre structures distinctes : la gencive, le ligament parodontal (LP), le cément et l’os alvéolaire (figure 6). La fonction principale du parodonte est d’attacher la dent à l’os de la mâchoire afin de maintenir l’intégrité de la surface masticatoire (28). Le parodonte est soumis à des changements à travers le temps pour s’adapter à l’environnement oral qui est en constante évolution.
Figure 6: Anatomie du parodonte.
G= Gencive, PL= Ligament parodontal, ABP= Os alvéolaire propre, RC= Cément radiculaire, AP= Os alvéolaire. (Tirée de Lindhe et coll, 2008 (28))
1.2.1 La gencive
La gencive est un tissu épithélio-conjonctif se divisant en trois sections macroscopiques distinctes: la gencive libre, la gencive attachée et la gencive interdentaire. Il s’agit d’une unité fonctionnelle et anatomiquement variable au niveau de son contour, de sa forme et de sa topographie clinique. La gencive subit une adaptation tissulaire selon sa localisation (29).
G PL ABP RC AP
L’épithélium recouvrant la gencive libre peut varier en épithélium buccal, sulculaire ou jonctionnel (figure 7). Ces trois épithéliums, microscopiquement distincts, forment la jonction épithéliale. Cette jonction joue un rôle crucial puisqu’elle scelle les tissus parodontaux de l’environnement oral. L’intégrité des tissus parodontaux est essentielle pour maintenir les tissus en santé. La maladie parodontale débute lorsque la jonction épithéliale est atteinte (30).
Figure 7: Schéma d’une section histologique illustrant la gencive en contact avec la dent
L’épithélium oral (oral epithelium) est en continuité avec l’épithélium sulculaire (oral sulcular
epithelium). L’espace biologique de la dent est formé de l’épithélium sulculaire, de la jonction
épithéliale (juctional epithelium) et de l’attache conjonctive (connective tissue). L’os (bone) est sous-jacent à ces structures. E = émail. (Tirée de Lindhe et coll, 2008 (28))
Le tissu conjonctif gingival est composé à 60 % de collagène, 35 % de matrice extracellulaire et 5 % de fibroblastes (29). Le tissu conjonctif supportant la jonction épithéliale diffère de celui supportant l’épithélium gingival oral : même en l’absence de signes cliniques, il montre un infiltrat de cellules inflammatoires (30).
1.2.2 Le cément Oral sulcular epithelium Oral epithelium Junctional epithelium Connective tissue Bone E
Le cément est un tissu conjonctif dur et avasculaire recouvrant directement la racine de la dent. Deux types de céments ont été identifiés ; le cément cellulaire, permettant l’adaptation lors des mouvements et la réparation du tissu parodontal, et le cément acellulaire, assurant le support. Sa composition chimique est similaire à celle de l’os, soit environ 45-50 % d’hydroxyapatite et 50 % de collagène, principalement de type I (31). Le cément ne contient aucun vaisseau sanguin ou lymphatique, n’a aucune innervation, ne subit pas de résorption ou de remodelage physiologique, mais se caractérise par une déposition continue au cours de la vie (28). Sa fonction principale est d’attacher le ligament parodontal à la racine de la dent et contribue au processus de réparation suite à un dommage de la surface radiculaire.
1.2.3 Le ligament parodontal
Le LP est un tissu conjonctif spécialisé, mou, situé entre le cément et l’os de l’alvéole. Son rôle principal est de supporter la dent contre les forces de la mastication. Il possèderait des récepteurs sensoriels qui lui permettrait de positionner adéquatement les mâchoires durant la mastication (32). Le LP est constitué de cellules et d’un compartiment extracellulaire qui comprend une matrice collagénique et une matrice non collagénique (30). Dans les faits, le LP est un réservoir de cellules permettant le maintien de l’homéostasie au sein du parodonte. Il contient des cellules souches mésenchymateuses (CSM) pouvant se différencier en ostéoblastes, en cémentoblastes ou en fibroblastes. Les cellules du LP ont donc la capacité de produire soit le LP, le cément ou l’os selon les signaux et les facteurs de croissance présents (figure 8). Le compartiment extracellulaire, quant à lui, contient des paquets de fibres de collagène dans un matériel amorphe (30). Les fibres de collagène dans cette couche, appelées fibres de Sharpey, relient l’os et le cément ensemble.
Le LP a la capacité remarquable de maintenir sa largeur dans le temps malgré qu’il soit compressé entre l’os et la dent. De plus, il s’adapte aux changements; si la demande fonctionnelle augmente, sa largeur peut augmenter jusqu’à 50 %, et à l’inverse, sa taille peut diminuer s’il n’est pas stimulé (30).
Les cellules sécrètent, durant son développement et sa régénération, des molécules qui régularisent la minéralisation et qui empêchent l’ankylose de la racine avec l’os. La raison
pour laquelle le LP reste non calcifié alors qu’il est entouré de deux tissus calcifiés n’est toujours pas élucidée (30).
Figure 8: Différenciation cellulaire des cellules du ligament parodontal
Une cellule souche (stem cell) a la capacité de se transformer en cellules précurseurs multipotentes (multipotent precursor cell), qui, selon les facteurs de croissance présents (cytokine concentration) se différencient en cellules précurseurs de plus en plus spécialisées (limited potential precursors
cell à precursor cells à commited precursor cells) pour finalement former les cellules du
parodonte, soit les ostéoblastes (osteoblasts) formant l’os (bone), les cémentoblastes (cementoblasts) formant le cément (cementum) ou les fibroblastes (fibroblasts) formant le ligament parodontal (PDL). (Tirée de Sodek et Mckee, 2000 (32)).
1.2.3.1 Les fibroblastes
Il s’agit des principales cellules du ligament parodontal. Elles sont capables de synthétiser et de dégrader le collagène de façon simultanée afin d’assurer un remodelage et une adaptation continuelle aux demandes de la dent. Ainsi, les fibroblastes assurent la production de divers types de fibres collagènes et synthétisent la matrice extracellulaire du tissu conjonctif. Les fibroblastes ont les caractéristiques d’une cellule à forte activité de synthèse; ils ont un réticulum endoplasmique rugueux abondant, de nombreuses mitochondries, un appareil de Golgi étendu, un nombre élevé d’organelles directement lié à la production des protéines et à la biosynthèse active du collagène et des protéoglycanes. Ils ont également une forte activité de la phosphatase alcaline (ALP) (29).
Compte tenu du renouvellement rapide du LP, un problème de synthèse du collagène a des conséquences très rapides sur le maintien de la dent. Le collagène assure l’ancrage de la dent aux tissus de soutien et procure la tonicité et la forme tissulaire (29).
Les fibroblastes sont situés entre les fibres de collagène, et leur orientation spatiale est conditionnée par l’organisation des faisceaux fibrillaires (figure 9). La densité cellulaire et le nombre de fibroblastes diminuent avec l’âge et dans les régions en hypofonction (29).
Figure 9: Coupe histologique du parodonte
Cément acellulaire apposé sur la dentine radiculaire. Les fibroblastes et les vaisseaux sanguins sont entre les fibres de collagène à l’intérieur du ligament parodontal. (Tirée de Nanci, 2013 (31))
1.2.4 L’os alvéolaire
L’os alvéolaire est la portion du maxillaire et de la mandibule soutenant les dents dans leur alvéole. Le procès alvéolaire se forme simultanément à la dent. Cet os se renouvèle constamment durant sa vie selon la demande fonctionnelle et se résorbe graduellement lors
d’une infection ou d’un traumatisme/extraction. Des zones de résorption et d’apposition osseuse sont observées à différents endroits dans le procès alvéolaire.
D’une façon macroscopique, l’os est séparé en trois sections; les plaques corticales, l’os spongieux central et l’os alvéolaire (l’os tapissant les alvéoles). Chaque type osseux se comporte différemment et a des réponses métaboliques distinctes. Les plaques corticales sont constituées d’une couche de fines fibres d’os lamellaire supportées par un système haversien (30,31). Il s’agit de la couche osseuse la plus externe et son nom lui est donné selon sa position; os cortical buccal, lingual ou palatin. Les plaques corticales sont minces au maxillaire et épaisses à la mandibule, en région buccale des prémolaires et molaires. L’os spongieux, aussi appelé os trabéculaire, occupe la partie centrale du procès alvéolaire. Il consiste en une déposition de lamelles d’os et d’un système haversien disposé dans de larges trabécules de moelle jaune, riche en cellules adipeuses, ou parfois de moelle rouge ou hématopoïétique, au niveau des espaces intertrabéculaires (30,31). Il s’agit d’un os moins dense et plus vascularisé. La forme et l’architecture de l’os spongieux sont déterminées génétiquement et résultent en partie des forces occlusales. L’os trabéculaire est parfois complètement absent au niveau des maxillaires antérieurs; l’os alvéolaire et la plaque corticale sont, dans ces cas, fusionnés. L’os alvéolaire est, quant à lui, en continuité avec l’os cortical et tapisse l’intérieur de l’alvéole de la dent. L’os cortical et l’os alvéolaire se rejoignent à la crête alvéolaire. L’os alvéolaire est recouvert de couches successives de fibres intrinsèques plus ou moins parallèles à l’alvéole. Cette portion est communément appelée bundle bone ou os alvéolaire propre. Perpendiculaire à cette surface, les extrémités des fibres de collagène extrinsèques du ligament parodontal (fibres de Sharpey) sont visibles. La présence d’un os alvéolaire sur toute la longueur de l’alvéole sépare l’os supportant de manière anatomique et fonctionnelle du ligament parodontal. La figure 10 montre la conformation de l’os autour d’une dent.
Figure 10: Conformation de l’os autour d’une dent
L’os trabéculaire (trabecular bone) est compris entre l’os alvéolaire (alveolar bone) et les plaques corticales (cortical plate). La gencive (ging) recouvre l’os. (Tirée de Nanci, 2013 (31))
D’un point de vue microscopique, l’os mature, qu’il s’agisse de l’os cortical ou de l’os trabéculaire, est composé de trois couches; circonférentielle, concentrique et interstitielle (figure 11). La couche circonférentielle enveloppe complètement l’os mature, délimitant le périmètre extérieur de l’os. La couche concentrique compose principalement l’os cortical et contient l’unité de base du métabolisme osseux, soit les ostéons; un cylindre osseux orienté parallèlement à l’axe long de l’os, dont le centre contient un canal haversien abritant un capillaire sanguin et entouré d’une seule couche de cellules osseuses. Les canaux haversiens sont interconnectés par des canaux de Volkman contenant des capillaires sanguins, créant ainsi un système sanguin riche dans l’os. Finalement, l’os interstitiel comble les espaces entre les ostéons et est principalement composé de fragments de lamelles d’os concentriques pouvant prendre une multitude de formes.
Figure 11: Os cortical
La figure A montre la portion la plus externe de l’os; les lamelles circonférentielles (circumferential
lamellae) sont visibles. L’image B est une coupe plus centrale de l’os; les lamelles interstitielles
(interstitial lamellae), les ostéons (osteon) et les canaux Haversiens (Haversian canal) sont visibles. (Tirée de Nanci, 2013 (31)).
Le côté externe de l’os cortical est entouré d’une membrane de tissu conjonctif appelée périoste. Ce dernier est divisé en deux couches; une couche superficielle, composée d’un tissu conjonctif dense et irrégulier, appelé couche fibreuse, et une couche interne, composée des cellules osseuses et de leurs précurseurs, richement vascularisée. Les surfaces de l’os trabéculaire ainsi que l’aspect interne de l’os cortical sont tapissées de l’endoste; une couche plus ou moins démarquée constituée d’un tissu conjonctif lâche et de cellules ostéoprogénitrices. Le périoste a une activité ostéoproductrice plus active que l’endoste. L’os alvéolaire contient des composantes cellulaires ainsi qu’une matrice extracellulaire osseuse. Cette dernière consiste en un tissu conjonctif minéralisé constitué à 33 % de matrice organique et 67 % de matrice inorganique. La matrice organique comprend environ 95 % de fibres de collagène de type I et 5 % de protéines non collagéniques, dont des sialoprotéines, de l’ostéocalcine, de l’ostéonectine, de l’ostéopontine (OSP), des protéoglycanes, des facteurs de croissance et des protéines de sérum. Le collagène assure l’intégrité structurale des tissus conjonctifs. La matrice inorganique, quant à elle, est principalement composée de calcium, de phosphate, d’hydroxyle de carbone, de citrate,
parallèlement à l’axe long des fibres de collagène. La matrice inorganique forme des plaques dont la plupart se logent dans les pores ou entre les fibrilles de collagène, conférant à l’os une résistance contre les forces externes(29,31,32).
Compte tenu des mouvements mineurs constants sur les dents, l’os des murs alvéolaires est constamment remodelé et sa structure varie au travers d’un même mur. Durant la migration dentaire, la distribution de la force fait en sorte que la résorption osseuse sur une surface de la dent est compensée par la formation d’os sur l’autre surface de la dent. Ce rebalancement osseux, en plus de la déposition continue de cément durant toute la vie de la dent, permet de maintenir une relation stable entre la surface radiculaire et l’alvéole. Le remodelage de l’os alvéolaire ressemble à celui de l’os en général (30).
1.3 Composantes cellulaires de l’os alvéolaire
Différentes cellules agissent ensemble pour créer l’homéostasie osseuse. De façon concomitante, ces cellules s’assurent de la formation, de la résorption et du maintien de l’ostéoarchitecture. Deux familles de cellules, avec des fonctions bien distinctes, sont présentes dans l’os. Les cellules ostéogéniques sont impliquées dans la formation et le maintien de l’os, tandis que les cellules ostéoclastiques sont impliquées dans la résorption de l’os. Les cellules ostéogéniques sont présentes sous différentes morphologies; ostéoprogéniteurs, préostéoblastes, ostéoblastes (OB) ou ostéocytes (Oct) (31).
1.3.1 Les ostéoblastes
Les OB sont des cellules mononucléées, d’origine mésenchymateuse, de forme cuboïde ou légèrement plate et allongée. Ils possèdent un cytosquelette élaboré, un cytoplasme riche en organelles sécrétoires comme l’appareil de Golgi, un réticulum endoplasmique rugueux, des vésicules sécrétoires, des lysosomes, des microtubules et des mitochondries (31). Ils ont la capacité de produire une matrice osseuse collagénique et non collagénique. Les constituants sécrétés par ces cellules s’accumulent, dans un premier temps, sous forme de matrice non calcifiée, appelée ostéoïde. Celle-ci comprend principalement du collagène qui agit comme échafaud pour la déposition de cristaux d’apatite (figure 12) (28,29,31). Ces cellules possèdent une forte activité de l’ALP, soit une enzyme servant à cliver les ions
phosphate. Ainsi, lorsque le phosphate est libéré, il contribue à l’initiation et à la croissance des cristaux osseux (Nanci, 2013 (31)).
Figure 12: Matrice osseuse en formation.
Les ostéoblastes (osteoblast) produisent une matrice ostéoïde (osteoid) non minéralisée dans laquelle des foyers de minéralisations prennent place (pointé par les flèches) et se transforme graduellement en os. (Nanci, 2013 (31))
Les OB sont les principaux responsables de la production de matrice organique de l’os. Ils sécrètent majoritairement du collagène de type I et dans de plus faibles quantités, du collagène de type III, type V, des protéoglycanes et plusieurs protéines non collagénique (28,29,31). Ces protéines se retrouvent le long des OB et diffusent vers les foyers de minéralisation dans l’ostéoïde où ils participent à réguler la déposition de minéraux.
En plus de la matrice organique, les OB ont la capacité d’envoyer des signaux, par la sécrétion de cytokines, afin de réguler le métabolisme cellulaire. Le développement osseux nécessite la participation d’une série de facteurs de croissance. Les OB sont responsables de la sécrétion de plusieurs de ces facteurs; l’insulin-like growth factors (IGF-I et IGF-II),
platelet-derived growth factor (PDGF), fibroblastic growth factor (FGF), plusieurs
membres de la superfamille des bone morphogenic protein (BMP), dont BMP-2, BMP-7 et
transforming growth factor-β (TGF- β) (28,29,31). La combinaison IGF-I, TGF- β et PDGF
augmente la rapidité de la formation osseuse et de la réparation osseuse. Les OB ont parfois des fonctions anaboliques et participent à la dégradation de la matrice osseuse par la production d’interleukine-6 (IL-6).
s’établissent entre les OB. Lorsqu’il n’y a plus de formation osseuse, les OB s’aplatissent et s’étendent sur la surface osseuse et ils sont alors appelés cellules osseuses périphériques ou
bone lining cells. Ces cellules ont un rôle dans l’homéostasie de l’os, mais pas dans la
sécrétion de protéines vu leur pauvreté en organelles. Ces cellules vont mourir éventuellement par apoptose. Les gap junctions demeurent en place entre les cellules osseuses périphériques et les ostéocytes, permettant l’homéostasie et le maintien de la vitalité osseuse grâce à l’échange de minéraux comme le calcium et le phosphate entre l’os et le sang (31).
Les OB sont donc primordiaux dans un parodonte sain. Ils permettent le développement d’un os de support sain et un renouvellement osseux permettant de maintenir les dents dans une alvéole adéquate.
1.3.2 Les ostéocytes
Les Oct sont des OB qui ont été emprisonnés dans la matrice ostéoïde lors de la sécrétion de cette dernière. Les Oct font références à tout OB coincé soit dans un tissu minéralisé ou non minéralisé. Le nombre d’Oct dans l’os dépend de la rapidité de formation de celui-ci; plus la formation est rapide, plus d’Oct sont visibles.
Les Oct sont plus petits en taille que les OB. La place occupée par les Oct dans la matrice est appelée lacune ostéocytique. Les OB sont reliés à ces lacunes par des canaux, ou canaliculi, permettant de créer un réseau entre les Oct et les OB. Ce réseau permet la transmission de signaux pour le maintien de l’intégrité osseuse. Une faille dans ce réseau provoquerait une hyperminéralisation et la mort de l’os.
1.3.3 Les ostéoclastes
Les ostéoclastes (OC) sont de larges cellules multinucléées, retrouvées en grappe et facilement identifiables au microscope. Ces cellules sont les principales responsables de la résorption osseuse. Elles se logent à la surface de l’os dans des dépressions créées par elles-mêmes, appelées lacunes de Howship. Ces lacunes sont de forme irrégulière, compte tenu de l’activité des OC durant les phases de résorption actives. Les OC se différencient des autres cellules cytochimiquement par la présence de la phosphatase acide tartrate-résistante
