$-Amyloid

The Role of Antimicrobial Peptides in Periodontal Disease 
321
 
Suttichai Krisanaprakornkit and Sakornrat Khongkhunthian
 
Index 
 
353
 
 
 
 

---

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Preface 
 
Periodontal  disease  is  a  chronic  bacterial  infection  characterized  by  persistent 
inflammation,  connective  tissue  breakdown  and  alveolar  bone  destruction.  The  chronic 
inflammation  associated  with  periodontal  disease  represents  the  host  response  to  bacterial 
plaque, mediated by the environment in which the response occurs. This book presents topical 
research data in the study of periodontal disease, including aesthetic periodontal therapy and 
root coverage techniques; clinical features of periodontal diseases in children and adolescents; 
biomechanics and the perioprosthetic patient; maternal periodontitis and perinatal outcomes; 
identifying  patients  with  enhanced  disease  susceptibility  in  periodontal  disease;  and 
inflammatory mediators and oxidative stress in periodontal disease. 
Chapter I - Aesthetic considerations have influenced the management of dental maladies 
in varying degrees for many years. For many years the goals of periodontal surgery have been 
determined by functional aspects only. During recent years periodontal surgery has shifted its 
focus  from  achieving  more  functional  goals  toward  a  combination  of  both  good  functional 
and esthetic results. While accomplishing the best possible functional result, esthetics should 
not  only  be  maintained,  but  also  enhanced.  Sometimes  the  esthetic  outcome  is  the  only 
important factor and function becomes secondary (e.g. treatment of recessions or the creation 
of papillae). Predictability becomes the key word in this type of periodontal surgery. Patient 
awareness  and  expectations  have  increased  recently  to  the  point  that  less  than  optimal 
esthetics is no  longer  an  acceptable outcome.  Periodontal  plastic  surgery  would  accordingly 
be defined as ―surgical procedures performed to prevent or correct anatomic, developmental, 
traumatic  or  disease  induced  defects  in  the  gingiva,  alveolar  mucosa  or  bone‖.  The  present 
chapter  is  presenting  and  discussing  the  clinical  outcomes  of  several  root  coverage 
techniques: pedicle soft tissue grafts, rotational flaps, coronally advanced flap, semilunar flap, 
free soft tissue graft, nonsubmerged grafts, submerged grafts etc. 
Chapter  II  -  The  clinical  features  of  periodontal  diseases  in  children  and  adolescents 
differ  from  those  in  adults.  Periodontitis  is  extremely  rare  in  children,  except  those 
complicated  with  certain  kinds  of  systemic  diseases,  whereas  gingivitis  is  commonly 
encountered. Childhood gingivitis can be reversed by professional mechanical tooth cleaning 
in  combination  with  tooth  brushing  instruction.  On  the  other  hand,  gingivitis  becomes 
increasingly  prevalent  with  age  through  the  adolescent  period,  and  early  diagnosis  and 
appropriate interventions are necessary to prevent the  onset of marginal periodontitis during 
adolescence.  Since  most  children  with  periodontitis  possess  a  background  of  abnormal 
immune  responses,  they  have  a  lower  likelihood  of  good  prognosis,even  though  diligent 
interventions  are  performed.  Other  types  of  periodontal  diseases  include  gingival  recession, 

---

Sho L. Yamamoto 
viii 
which  is  mainly  caused  by  traumatic  occlusion,  and  gingival  overgrowth,  which  has  a 
hereditary 
background 
and 
is 
associated 
with 
specific 
medication 
such 
as 
antiepilepticphenytoin. In addition, cases with a rapid loss of gingival attachment and alveolar 
bone due to mechanical injury at the periodontal sulcus, termed ―acute periodontitis,‖ are also 
encountered.  Furthermore,  an  unintentional  attachment  loss,  when  materials  such  as  small 
plastic tubes being fitted to the teeth are inserted, is a unique type of periodontitis in young 
children.  It  should  be  noted  that  periodontitis  associated  with  anatomical  anomalies,  which 
are derived from fragile periodontal attachment, is also encountered.  
Considering the etiology of periodontitis, it is important to  identify periodontitis-related 
bacterial  species,  since  the  disease  is  generally  known  to  be  caused  by  specific  bacteria. 
However, most of those belong to the obligate anaerobic group, and it is difficult and time-
consuming  to  isolate  them.  On  the  other  hand,  recent  developments  in  molecular  biological 
techniques  have  enabled  rapid  identification  of  species  using  bacterial  DNA  extracted  from 
various  kinds  of  clinical  specimens.  Such  approaches  do  not  require  isolation  of  viable 
bacteria and even small amounts of DNA can be detected using PCR techniques. With such 
modern techniques, the author have evaluated the distribution of periodontal bacterial species 
in  children,  changes  of  species  in  the  same  subjects  over  a  long  interval,  combinations  of 
species  simultaneously  detected,  and  mother-to-child  transmission.  In  addition,  the 
distributions of bacterial species in children with Down‘s syndrome and other developmental 
disabilities  have  been  analyzed.  The  authors‘  results  have  provided  valuable  information 
regarding  bacterial  profiles  in  clinical  specimens,  which  should  lead  to  further  beneficial 
methods for clinical use in the near future.  
Chapter  III  -  In  advanced  perioprosthetic  cases  where  the  periodontium‘s  integrity  is 
severely  compromised  and  the  dental  barrier‘s  function  is  extremely  disrupted,  the 
biomechanical  response  to  the  extrinsic  mechanical  stimuli  of  the  system  including  the 
prosthetic  restoration  supported  by  the  biological  tissues  is  quite  altered.  The  differentiated 
altered  experience  of  the  functional  loading  due  to  the  lowered  periodontium‘s  threshold 
along with the apical shift of the system fulcrum due to the periodontium‘s structure reduction 
require  a  modified  design  of  the  restoration‘s  metal  framework  as  a  critical  factor  in  the 
system‘s  survival  in  order  to  secure  the  expected  longevity  of  both  the  restorative  and 
biological structures, capturing the failure initiation of either progressive tissular or technical 
collapse.  So,  the  purpose  of  the  present  study  was  to:  a.  analyze  the  way  by  which  the 
periodontium reacts to the developing forces and how its integrity is related to the experience 
of  the  stress  field  on  the  perioprosthetic  patient;  b.  determine  the  parameters  defining  the 
tooth  prognosis  in  the  perioprosthetic  patient  and  how  the  restoration  type  is  involved;  c. 
report the clinical significance of tooth splinting by cantilever cross arch fixed partial denture 
applied on the perioprosthetic patient and the way it is related to the response of the reduced 
periodontium  and finally d. investigate the clinical significance of the specific design of the 
metal framework in cantilever cross-arch fixed partial dentures via a theoretical finite element 
model. 
Chapter  IV  -  Periodontal  disease  is  a  chronic  bacterial  infection  characterised  by 
persistent  inflammation,  connective  tissue  breakdown  and  alveolar  bone  destruction.  The 
chronic  inflammation  associated  with  periodontal  disease  represents  the  host  response  to 
bacterial plaque, mediated by the environment in which the response occurs. Periodontitis is 
both  site-specific  and  episodic  in  nature  and  thus  biomarker  development  could  prove 

---

Preface 
ix 
invaluable in identifying sites with active disease, predicting sites that may develop disease, 
monitoring response to therapy or identifying patients with enhanced disease susceptibility.  
In  periodontal  disease  gingival  crevicular  fluid  (GCF)  flows  from  the  gingival 
microcirculation  into  the  periodontal  pockets  and  the  volume  increases  in  proportion  to  the 
severity of the local inflammatory process. The study of GCF samples, from defined sites of 
chronic  periodontal  inflammation,  allows  non-invasive  access  to  an  inflammatory  exudate 
that could be used for biomarker discovery. GCF contains proteins synthesised and secreted 
in the inflamed gingival tissues and carried by the GCF to the gingival crevice/pocket. Here, 
they  are  augmented  by  proteins  released  from  bacteria  and  host  cells,  particularly 
polymorphonuclear leukocytes (PMNs), present in the periodontal pocket. The constituents of 
GCF  are  therefore  derived  from  a  number  of  sources  including  microbial  plaque,  host 
inflammatory cells, serum and tissue breakdown products. Saliva has also been studied in the 
search  for  biomarkers  of  periodontal  disease.  Saliva  is  a  more  complex  fluid,  comprising 
glandular secretions, components of GCF, components of serum and also particles (including 
bacteria)  from  a  variety  of  oral  and  airway  sources.  Although  saliva  has  the  advantage  of 
being  easily  collected,  its  biochemical  complexity  may  hinder  detection  of  biomarkers 
specific  for  periodontal  disease.  Furthermore  the  fact  that  saliva  bathes  the  whole  mouth 
negates  the  use  of  salivary  biomarkers  for  site-specific  identification  or  monitoring  of 
periodontal disease.  
Despite  an  impressive  list  of  possibilities,  biomarkers  have  yet  to  reach  routine  clinical 
use as reasonable predictors of periodontal status. This chapter reviews the analysis of GCF 
and saliva for monitoring periodontal health and disease. Potentially important biomarkers of 
disease in both GCF and saliva are highlighted and their merits are described in further detail. 
Putative  biomarkers  from  both  host  and  bacterial  sources  are  considered  and  the  use  of 
multiple biomarkers is discussed. Following the technological revolution in both genomic and 
proteomic analysis over the last decade it is tempting to speculate that the next decade could 
bring much waited progress in the field of biomarker identification and application in the field 
of periodontal disease. 
Chapter  V  -  Periodontal  disease  represents  today  the  main  cause  of  teeth  loss  after  the 
third decade of life. About 60% of dental extractions are due to etiopathogenetic periodontal 
factors.  After  35  years,  the  frequency  of  marginal  periodontal  disease  varies  from  80%  to 
100% of world population, depending on statistical method used and the demographic areas 
considered, showing a similar frequency in both sexes, slightly higher in female.  
Two important and interrelated factors are involved in its physiopathological progression: 
1) the activation of immune system and the release of inflammatory mediators, such as IL-1β, 
IL-6  and  TNF-α,  which  could  overflow  into  the  blood  system  and  induce  a  systemic 
inflammatory response; 2) the production of oxygen radicals and their related metabolites. 
A  recent  focus  of  the  dental  research  is  the  individuation  of  biomarkers,  which  can  be 
easily  used  as  diagnostic  tools.  Among  them,  metalloproteinases  (MMPs)  and  heat  shock 
proteins  (HSPs)  could  provide  potential  biomarkers,  which  could  be  useful  for  evaluating 
both  the  periodontitis  development  and  the  incidence  of  the  related  cardiovascular  diseases. 
Recent  studies,  in  fact,  have  shown  a  direct  correlation  between  periodontal  and 
cardiovascular  diseases:  in particular,  both  diseases have  systemic  and  local  causes,  and  the 
constant  bacterial  contamination  of  oral  cavity  could  be  linked  not  only  to  periodontopathy 
but also to the development of cardiovascular diseases. 

---

Sho L. Yamamoto 
x 
To  date,  the  periodontal  disease  therapy  available  is  based  on  the  individuation  and  the 
elimination of the causing factors. Nevertheless, new innovative surgical and pharmacological 
therapies could be developed.  
The aim of this work is to review the literature data focusing on the role of inflammatory 
mediators and oxidative stress in periodontal disease and related factors.  
Chapter  VI  -  Periodontal  disease  results  from  complex  interactions  between  infectious 
agents and host factors. The disease expression can be modified by environmental, acquired, 
and genetic risk factors. Tobacco usage, especially smoking, is considered a major modifiable 
risk factor for periodontal disease. In addition to periodontal disease, tobacco usage is also a 
risk  factor for  oral  cancer  and its  recurrence,  dental  cariesand  congenital defects in  children 
from  mothers  who  smoke  while  pregnant.  In  periodontal  disease,  smokers  have  deeper 
probing depths, more gingival recession, more alveolar loss and more furcation involvement 
than  non-smokers.  They  also  show  less  favorable  responses  to  various  kinds  of  periodontal 
treatments including non-surgical, surgical, regenerative procedures and dental implants. It is 
clear  from  epidemiology  studies  that  tobacco  usage  is  correlated  with  periodontal  disease. 
This  chapter  reviews  the  evidence  for  the  association  between  periodontal  disease  and 
tobacco, and describes what is currently known about how tobacco and its components affect 
the periodontal tissues that result in tissue damage.  
Chapter  VII  -  A  topical  issue  in  periodontology  is  to  find  objective  diagnostic  methods 
which  may  be  combined  with  the  classical  clinical  inspection  parameters  to  yield  a  reliable 
grading  of  the  severity  and  extent  of  periodontal  disease.  This  study  deals  with  a  novel 
cytodiagnostic  fluorescence  test,  performed  on  exfoliation  samples  taken  from 
periodontal/oral  tissues,  useful  to  assess  the  severity  of  periodontal  disease.  Twenty-one 
patients  with  different  degrees  of  periodontitis  were  subjected  to  clinical  and 
histopathological  grading  and  the  results  compared  with  those  obtained  from  the 
cytodiagnostic  fluorescence  assay.  The  author  found  that  the  amount  of  blood  cells 
(polymorphonuclear  and  mononuclear  leukocytes,  erythrocytes),  the  occurrence  of 
morphologically  abnormal  epithelial  cells,  and  the  number  of  spirochetes  showed  a 
statistically  significant  correlation  with  the  clinical  and  histopathological  diagnostic 
parameters,  the  latter  being  considered  as  the  most  reliable  predictors  of  the  severity  of 
periodontal  disease.  On  these  grounds,  the  author  suggest  that  this  cytodiagnostic  method 
may greatly help dental practitioners to achieve a chair-side, reliable and objective evaluation 
of  the  degree  and  activity  of  periodontitis  at  first  dental  visit,  and  to  perform  a  targeted 
treatment and an accurate follow up of the patients during supportive periodontal therapy. 
Chapter VIII -Differentiation of health from disease is central to understanding diagnosis 
and treatment of periodontal diseases. It is logical to begin with an  in-depth examination of 
the structure and physiology of the healthy periodontium. 
Chapter IX - Objectives: The purpose of this study was to compare the short-term clinical 
effects of a single intrasulcular injection of 2% chlorhexidine gluconate gel (CG) and placebo 
gel (PG) in orthodontic patients with fixed appliances and established gingivitis aged from 12 
to 20 years. 
Methods and Materials: 50 patients (31 females, 19 males) were divided into two groups 
(CG and PG) of 50 subjects. This study was single blind randomized split mouth clinical trial. 
As randomly assigned by coin toss, the first permanent molars on the right or left side of the 
mouth received either CG or PG. Probing depth (PD) was measured with a Michigan 0 probe. 
The  gingival  index  (GI)  of  Löe  and  SILNESS  and  papilla  bleeding  index  (PBI)  of 

---

Preface 
xi 
MÜHLEMANN were recorded on the first permanent molars. These indices were measured 
at baseline, and in treatment on second, fourth, eighth, and the twelfth weeks. T-test and chi-
square test were used to analyze the data. 
Results:  T-test  showed  that  PD  was  reduced  in  experimental  group  in  comparison  with 
the control group in the 4th week and following intervals (p<0.001). Chi-square showed that 
PBI  was  improved  in  experimental  group  in  comparison  with  the  control  group  in  the  2nd 
week  and  following  intervals  (p<0.001).  The  same  test  showed  that  GI  was  improved  in 
experimental group in the 2nd week and following intervals (p<0.001). 
Conclusion: The data indicate that the use of a single application of 2% CG was effective 
in reducing gingivitis related to banded first permanent premolars in adolescents undergoing 
orthodontic treatment in short time. 
Chapter  X  -  The  focal  infection  theory,  which  for  almost  half  a  century  justified 
indiscriminate  extraction  of  teeth  to  cure  focal  infections,  since  the  end  of  the  1940s  has 
become progressively a discarded concept. In parallel with the declining importance assigned 
to  pulp  and  periapical  infections  in  the  pathogenesis  of  focal  diseases,  over  the  last  decade 
there  has  been  increasing  interest  in  the  possible  relationship  between  periodontal  infection 
and  systemic  diseases.  Periodontal  pathogens  and  their  products,  as  well  as  inflammatory 
mediators produced in gingival tissue, might enter the bloodstream through ulcerated pocket 
epithelium, causing systemic effects (focal diseases). 
On the basis of this mechanism, chronic periodontitis has been implicated as risk factor 
for  cardiovascular  diseases  associated  to  atherosclerosis,  bacterial  endocarditis,  diabetes 
mellitus,  respiratory  disease  preterm  delivery,  rheumatoid  arthritis,  and  more  recently 
osteoporosis,  pancreatic  cancer,  metabolic  syndrome,  renal  diseases  and  neurodegenerative 
diseases  such  as  Alzheimer‘s  disease.  Numerous  hypotheses,  including  common 
susceptibility,  systemic  inflammation,  direct  bacterial  infection  and  cross-reactivity,  or 
molecular  mimicry,  between  bacterial  antigens  and  self-antigens,  have  been  postulated  to 
explain  these  relationships.  In  this  context,  the  association  of  periodontal  disease  with 
systemic  diseases  has  introduced  the  concept  of  ―periodontal  medicine‖,  which  ultimately 
guides the medical community in therapeutic approaches to improve not only the patient oral 
health but also systemic health.  
This  chapter  summarizes  the  pathophysiology  of  periodontal  disease  and  presentsan 
update  on  interrelationships  and  interactions  between  periodontal  disease  and  systemic 
diseases. Moreover, this chapter reviews the published literature that describes the effects of 
periodontal  treatment  on  cardiovascular  diseases,  adverse  pregnancy  outcomes,  diabetes 
mellitus, and respiratory disease. 
Chapter XI - Obesity, diabetes and oral diseases (dental cariesand periodontal diseases), 
largely preventable chronic diseases, are described as global pandemic due their distribution 
and severe consequences. WHO has called for a global action for prevention and promotion 
of these diseases as a vital investment in urgent need.  
Diabetes  and  obesity,  showing  an  increasing  trend,  lead  to  disabilities  and  negatively 
impacts on the quality of life through life course along with oral diseases. WHO projects that 
the  prevalence  of  diabetes  and  deaths/year  attrituble  to  diabetes  complications  will  double 
worldwide by 2030. Globally, more than 1 billion adults are overweight; almost 300 million 
of  them  are  clinically  obese.  Being  obese/overweight  raises  steeply  the  likelihood  of 
developing DM2. Approximately 85% of people with diabetes are DM2, and of these 90% are 
obese  or  overweight.  Obesity  increases  the  likelihood  of  periodontitis  which  is  one  of  the 

---

Sho L. Yamamoto 
xii 
most  common  chronic  diseases  worldwide,  described  as  pandemic,  and  closely  related  to 
DM2.  Promoting  good  oral  health  is  significantly  essential  for  prevention  and  reducing  the 
negative  consequences  of  periodontal  diseases,  DM2  and  obesity,  and  to  maintain  good 
health, as proposed by European health goals by WHO. 
Chapter XII - Periodontitis is one of the predominant polymicrobial infections of humans. 
Since  periodontitis  results  from  complex  interactions  of  multiple  microorganisms,  it  is 
important  to  investigate  interactions  between  different  periodontal  bacteria  and  host  cells. 
Porphyromonas gingivalis, a gram-negative anaerobe, is a major colonizer of gingival tissues 
and  has  been  etiologically  implicated  in  periodontal  as  well  as  cardiovascular  diseases. 
Cellular  invasion  by  periodontal  pathogens  including  P.  gingivalis  has  been  proposed  as  a 
possible  virulence  factor,  affording  protection  from  the  host  immune  responses  and 
contributing to tissue damage. In recent periodontal research, polymicrobial infection models 
have  been  used  to  study  host  response  profiles.  However,  data  on  the  potential  of  host  cell 
invasion  by  periodontal  pathogens  in  polymicrobial  infection  are  scarce.  The  author 
investigated  the  ability  of  periodontal  pathogens  to  modulate  invasion  of  human  gingival 
epithelial  cells  and  aortic  endothelial  cells  by  P.  gingivalis.  Among  the  pathogens, 
Fusobacterium nucleatum was shown to significantly enhance the P. gingivalis invasion. The 
author describe  the  complex  interaction between  periodontopathogens  and  host cells,  with  a