Comportamentul tesuturilor orale moi si dure ca raspuns la forta ortodontica

Comportamentul tesuturilor orale moi si dure ca raspuns la forta ortodontica

Remodelarea osoasa si deplasarea dentara:

Resorbtia osoasa este esentiala pentru tratamentul ortodontic, prin eliminarea osului alveolar din fata radacinii dentare care este deplasata. In acest proces mediat celular, Aparitia osteoclastelor este considerata a fi primul pas. Cu toate acestea, nu este clar daca aceste celule provin din activarea osteoclastelor deja mature in ligamentul parodontal sau din proliferare celulelor stem de la distanta sau din tesutul hemopoetic local (Tsay PT, Chen MH, Oyen OJ. Osteoclast activation and recruitment after application of orthodontic force. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1999;115:323-33.). Cercetarile facute pe ligamentul parodontal de la soareci a demonstrat ca acesta este practic lipsit de osteoclaste mature in conditii fiziologice. Cu toate acestea, atunci cand este aplicata o forta ortodontica, osteoclastele apar in cateva zile (Roberts WE, Ferguson DJ. Cell kinetics of periodontal ligament. In: Norton LA, Burstone CJ, editors. Biology of tooth movement. Boca Raton, Fla: CRC Press; 1995.). Conform ipotezei larg acceptate a lui Mundy si Roodman (Mundy GR, Roodman GD. Osteoclast ontogeny and function. In: Peck WA, editor. Bone and mineral research. Amsterdam: Elsevier; 1987.), osteoclastele deriva din celulele stem ale organelor hematopoietice si ca granulocitele-macrofage ca unitati formatoare de colonii sunt cele mai timpurii identificabile ca precursori ai osteoclastelor. Calea urmata propusa ar fi: granulocitele-macrofage ca unitati care formeaza colonii - promonocite - preosteoclaste precoce preosteoclaste tardive - osteoclaste.

Exista mai multe cai de a dovedi faptul ca precursorii imediati ai osteoclastelor - preosteoclastele tardive sunt prezente in ligamentul parodontal si sunt activate sau transformate in osteoclaste mature dupa mecanoterapiea ortodontica. Roberts si Ferguson (Roberts WE, Ferguson DJ. Cell kinetics of periodontal ligament. In: Norton LA, Burstone CJ, editors. Biology of tooth movement. Boca Raton, Fla: CRC Press; 1995.) au constatat ca numarul osteoclastelor pe unitatea de suprafata osoasa atinge un nivel de varf dupa aproximativ 50 de ore de la aplicarea fortei ortodontice. In plus, osteoclastele noi ajung in ligamentul parodontal din organele hematopoietice prin circulatia sanguina si din cavitatile maduvei osoase alveolare, in timpul perioadei de tratament ortodontic, care poate dura 2-3 ani.

Cascada resorbtiei osoase implica desfasurarea unei serii de pasi efectuati in scopul eliminarii atat a unor constituienti minerali cat si organic ai matricii osoase de catre osteoclaste (Hill PA. Bone remodeling. Br J Orthod 1998;25:101-7.). Dupa diferentierea osteoclastelor, strat ul de osteoid nemineralizat de pe suprafata osoasa este eliminat de osteoblastele de captusire. Aceste celule produc enzime diferite cum ar fi MMPs, colagenaze si gelatinaze care ajuta osteoclastele in a avea acces la baza osul mineralizat (Meikle MC, Bord S, Hembry RM, Compston J, Croucher PI, Reynolds JJ. Human osteoblasts in culture synthesize collagenase and other matrix metalloproteins in response to osteotropic hormones and cytokines. J Cell Sci 1992;107:1093-9.). Urmatorul pas este reprezentat de polarizarea osteoclastelor prin atasarea lor la proteine specifice ale matricei extracelulare osoase, cum ar fi osteopontinul, prin intermediul site-urilor RGD furnizate de moleculele de adeziune celulara. Procesul de polarizare implica formarea de margini (granite) neregulate si zone clare, cele mai caracteristice doua trasaturi ale osteoclastelor (Roodman GD. Advances in bone biology: the osteoclast. Endocrine Rev 1996;17:308-32.). Zona clara este o regiune fara organite citoplasmatice, dar bogata in filamente de actina F. Aceste structuri, impreuna cu receptorii integrinei si prezenta secventei peptidice Arg-Gly-Asp (RGD) in proteinele extracelulare de adeziune focala sau podosomi, sunt responsabile pentru stransele interactiuni de tip celula-celula. Aceste zone clare izoleaza celula de spatiul extern cand apar marginile neregulate (ruffled border) si dizolvarea matricii osoase. Acest spatiu extracelular se numeste lacuna de resorbtie.

Urmatorul pas este activarea osteoclastilor de catre factori sistemici locali si productia de ioni de hidrogen (care dizolva mineralele) si enzime proteolitice (ca degradeaza matricea organica), in hemivacuole (localizate in mediul din jur) sub granita neregulata (ruffled ) a celulelor (Martin TJ, Ng K. Mechanisms by which cells of the osteoblast lineage control osteoclast formation and function. J Cell Biochem 1994;56:357-66.). In plus fata de acest concept clasic, cercetari recente au condus la un concept nou, conform caruia osteoblastele pot activa osteoclastele prin contactede tip celula-celula (Fuller K, Gallagher AC, Chambers TJ. Osteoclast resorption - stimulating activity is associated with osteoblast surface and/or extracellular matrix. Biochem Biophys Res Comm 1991;181: 67-73.). Osteoclastele astfel activate produc ioni de hidrogen si enzime proteolitice in granita neregulata a acestor celule. S-a emis ipoteza ca ionii de hidrogen sunt generati in celula enzima carbonicanhidraza, prezenta in citoplasma aproape de marginea neregulata (ruffled ) (Laitala T, Vaananen HK. Inhibition of bone resorption in vitro by antisense RNA and DNA molecules targeted against carbonic anhydrase II or two submits of vacolar H (+) ATPase. J Clin Inv 1994;93:2311-8.).

Degradarea matricei organice colagenice urmeaza dizolvarii matricei mineralizate si implica in principal 2 clase majore de enzime: lizosomal cistein proteinaza (catepsina B, L si K) si MMPs, inclusiv colagenaza si gelatinaza B (Hill PA. Bone remodeling. Br J Orthod 1998;25:101-7.). Osteoclastele sunt supuse in cele din urma apoptozei, caracterizata prin condensare nucleara si citoplasmatica si prin fragmentarea ADN-ului nuclear in unitati mijlocii nucleosomale (Noxon SJ, King GJ, Gu G, Huang G. Osteoclast clearance from periodontal tissues during orthodontic tooth movement. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2001;120:466-76.). Roodman (Roodman GD. Advances in bone biology: the osteoclast. Endocrine Rev 1996;17:308-32.) a sugerat ca TGFβ, care blocheaza resorbtia osoasa, poate induce apoptoza osteoclastelor, in timp ce factorii de stimulare al osteoclastelor, cum ar fi PTH si vitamina D3, inhiba apoptoza osteoclastelor. Progresia remodelarii osoase necesita cresterea in continuare a numarului osteoclastelor, deoarece acestea au o durata de viata limitata, mai putin de 12,5 zile (Roodman GD. Advances in bone biology: the osteoclast. Endocrine Rev 1996;17:308-32.). Kobayashi si colab. (Kobayashi Y, Hashimoto F, Miyamoto H, Kanaoka K, Miyazaki-Hawashita Y, Nakashima T. Force-induced osteoclast apoptosis in vivo is accompanied by elevation in transforming growth factor beta and osteoprotegerin expression. J Bone Miner Res 2000;15:1924-34.) cercetand mecanismul de control al disparitiei osteoclastelor de pe suprafetele osoase dupa resorbtia osoasa au observat o crestere marcata in TGFβ 1 si OPG ARNm simultan cu disparitia osteoclastelor si au sugerat ca exista o legatura secventiala intre fortele tensionale aplicate celulelor osoase de captusire, crescand reglarea TGFβ1 /OPG si disparitia osteoclastelor.

Odata ce osteoclastele isi incheie activitatea de eliminare a osului, incepe o faza de inversare in care celulele mononucleare, care ar putea apartine liniei macrofagelor, apar pe suprafata osului. Evenimentele din timpul acestei etape nu sunt clar intelese, dar ar putea implica continuarea degradarii colagenului, a depunerii proteoglicanilor pentru a forma asa numita "linia a cementului" si eliberarea de factori de crestere care initiaza faza de formare (Raisz LG. Physiology and pathophysiology of bone remodeling. Clin Chem 1999;45:1353-8.). Incheierea resorbtiei osoase si debutul formarii osoase se produce printr-un mecanism de cuplare, care asigura ca o cantitate echivalenta de os sa fie produsa dupa faza anterioara de resorbtie. Daca activarea osteoblastelor incepe simultan cu recrutarea osteoclastelor sau intr-o etapa ulterioara in timpul dezvoltarii lacunare este un fapt inca controversat. S-a emis ipoteza ca unii factori de crestere, proteinazele TGFβ, IGF I si II si activatorii plasminogenului joaca un rol major in acest mecanism de cuplare (Hill PA. Bone remodeling. Br J Orthod 1998;25:101-7.).

Formarea osoasa rezulta din evenimente complexe care implica diferentierea celulelor precursoare ale osteoblastilor din celulele mezenchimale primitive, maturarea osteoblastilor si formarea matricei, urmata de mineralizarea acesteia (Mundy GR, Roodman GD. Osteoclast ontogeny and function. In: Peck WA, editor. Bone and mineral research. Amsterdam: Elsevier; 1987.). Evenimentul initial al acestei faze de apozitie este reprezentat de chemotactismul osteoblastilor sau a precursorilor lor pentru site-urile de formare osoasa. Osteoblastii stransi la partea de jos a unei cavitati resorbtive formeaza matricea osteoidului, care incepe sa se mineralizeze dupa 13 zile cu o rata initiala de mai putin de 1 μm pe zi. Osteoblastii continua sa se depuna inferior si sa mineralizeze osteoidul pana cand defectul este umplut (Ericksen E, Moselkide L, Melsen F. Trabacular bone remolding and balance in primary hyperparathyroidism. Bone 1986;7:213- 21.). La partea de jos a cavitatii, osteoblastii sunt mai bine dezvoltati, au nuclee inalte si formeaza un strat gros de osteoid. Apoi celulele se aplatizeaza treptat si devin celule pasive de captusire, iar unele dintre ele sunt integrate in matricea nou formata (Hill PA. Bone remodeling. Br J Orthod 1998;25:101-7.). Osteoblastii care sunt inconjurati de matricea calcefiata si raman in lacunele osoase sunt denumiti osteocite. Osteocitele sunt conectate intre ele prin procese inguste, situate in canaliculii din intreaga matrice osoasa. La nivelul lor activitatea fosfatazei alcaline inceteata dar se mentin niveluri ridicate de calciu. Aceste celule sunt considerate a fi esentiale pentru mentinerea fluxului de fluide prin os si orice schimbare in acest flux de lichide ar putea reprezenta semnale care sunt transmise osteoblastilor, care apoi desfasoara activitati de modelare si remodelare (Whitson SW. Bone. Oral histology, development structure and function. St Louis: Mosby; 1998.). Bozal si colab. (Bozal CB, Fiol JA, Ubios AM. Early osteocyte response to bone resorption stimuli. Acta Odontol Latinoam 2001;14:24-9.) au evaluat raspunsul osteocitelor atunci cand sunt supuse stimulilor inflamatorii si mecanici si au observat o largire a lacunelor osteocitelor fara modificarea volumului celular. S-a raportat recent ca exista o crestere temporara a imunoreactivitatii proteinei 1 a matricei dentinare, care este in principal observata in osteoblaste si osteocite, dupa 7 zile de incarcare mecanica a osului alveolar la soareci (Gluhak-Heinrich J, Ye L, Bonewald LF, Feng JQ, MacDougall M, Harris SE, et al. Mechanical loading stimulates dentin matrix protein 1 (DMP1) expression in osteocytes in vivo. J Bone Miner Res 2003;18:807-17.). Aceste observatii arata faptul ca aceasta proteina este implicata in raspunsurile osteoblastilor si osteocitelor la incarcarea mecanica. Aceasta constatare sprijina ipoteza ca osteocitele modifica microclimatul matricei proprii ca raspuns la incarcarea mecanica (Gluhak-Heinrich J, Ye L, Bonewald LF, Feng JQ, MacDougall M, Harris SE, et al. Mechanical loading stimulates dentin matrix protein 1 (DMP1).

Factorii, sistemici si locali care afecteaza procesul de remodelare sunt enumerati in urmatorul tabel:

Tabel. Factorii care afecteaza procesul de remodelare osoasa (Krishnan V, Davidovitch Z. Cellular, molecular, and tissue-level reactions to orthodontic force. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2006;129:469e.1-460e.32.):

Hormoni	Polipeptide Parathormonul Calcitonina Insulina Hormoni de crestere Steroizi 1,25, dihidroxivitamina D3 Glucocorticoizi Steroizi gonadali Hormoni tiroidieni
Factori de crestere	Factorul de crestere asemanator insuline I si II TGFβ (Transforming growth factor β) Factorul de crestere al fibroblastelor Factorul de crestere derivat din trombocite Factorul de crestere al tesutului conjunctiv
Citochine	Al pierderii osoase Referat: Dieta - sugestii Document online: Determinarea clorurii de sodiu din produsele din carne Interleukina-1 Interleukina-6 Interleukina-11 Factorul de necroza tumorala Factorul de diferentiere al osteoclastelor (ODF) Al formarii osoase Interleukina-4 Interleukina-13 Interleukina-18 Interferonul γ Osteoprotegrinul
Factorii de stimulare ai coloniilor	M-CSF G-CSF GM-CSF
Alti factori	Prostaglandine Leucotriene Oxid nitric

Reactia tesuturilor la deplasarile dentare ortodontice are loc fie prin oasele alveolare, fie impreuna cu acestea (Melsen B. Biological reaction of alveolar bone to orthodontic tooth movement. Angle Orthod 1999;69:151-8.). Resorbtia osoasa indirecte si subminanta caracterizeaza miscarea dintelui prin osul alveolar. In timpul acestor tipuri de resorbtie a osului alveolar, o mica activitate de formare are loc in site-urile de tensiune ale ligamentului parodontal, pentru ca initial au loc numai deplasari minore ale dintelui. Concomitent, se produce necroza in zonele de compresie ale ligamentului parodontal, declansand resorbtia osoasa indirecte si subminanta. Cand aceasta activitate resorbtiva ajunge la ligamentul parodontal si tesuturile hialinizate sunt eliminate, dintele incepe sa se deplaseze si devine mobil din cauza largirii ligamentului parodontal. In acest moment, ratele apozitiei sunt semnificativ crescute in site-urile de tensiune ale ligamentului parodontal urmate fie de reinnoirea hialinizarii sau de continuarea deplasarii dentare prin resorbtie osoasa directa. Cand dintii sunt deplasati impreuna cu osul alveolar, resorbtia are loc direct la nivelul peretelui alveolar. In acest caz, activitatile osteoclastilor si osteoblastilor sunt sincronizate. Latimea ligamentului parodontal este mentinuta pe tot parcursul fazei de deplasare dentara si dintele se muta impreuna cu alveola proprie (Davidovitch Z. Cell biology associated with orthodontic tooth movement. In: Berkovitz BB, Moxham BJ, Newman HN, editors. The periodontal ligament in health and disease. St Louis: Mosby; 1995.). S-a emis ipoteza ca, in plus fata de activitatile mediate celular, care afecteaza osul alveolar supus stresului mecanic, acest os poate dezvolta microfisuri. Un studiu recent a evaluat rolul microfisurilor ca factor declansator al remodelarii osului alveolar, dupa aplicarea fortei ortodontice in experimente pe porci. O prezenta crescuta a microfisurilor a fost gasita in directia spre care a fost deplasat dintele; ceea ce a sugerat ca aceasta reprezinta prima dauna indusa de forta ortodontica la nivelul osului care trebuie remodelat (Verna C, Dalstra M, Lee TC, Cattaneo PM, Melsen B. Microcracks in the alveolar bone following orthodontic tooth movement: a morphological and morphometric study. Eur J Orthod 2004;26:459-67.).

Remodelarea ligamentului parodontal in timpul deplasarii dentare:

Ligamentul parodontal si celulele osoase alveolare sunt expuse fortelor fizice in vivo, ca raspuns la masticatie, parafunctii si deplasarile dentare ortodontice (Beersten W, McColloch CA, Sodek J. The periodontal ligament: a unique multi functional connective tissue. Periodontology 2000;1997:13:20-40.). Fortele ortodontice induc remodelarea ligamentului parodontal si matricei. tesutului conjunctiv gingival. Rygh si Brudvik (Rygh P, Brudvik P. The histological responses of the periodontal ligament to horizontal orthodontic loads. In: Berkovitz BB, Moxham BJ, Newman HN, editors. The periodontal ligament in health and disease. St Louis: Mosby; 1995.) au descris reactiile histologice si histochimice din ligamentul parodontal al soarecilor dupa aplicarea fortei ortodontice. Largirea ligamentului parodontal a fost observat in zonele de tensiune; cand dintele a fost tras in afara osului alveolar. In ligamentul parodontal intins, mai multe procese celulare sunt aparent activate impreuna cu cresterea numarului de celule ale tesutului conjunctiv. Aceasta faza initiala este urmata de depunerea de tesut osteoid la marginea peretelui alveolei. Vasele sanguine din zonele de tensiune ale ligamentului parodontal se destind si fibroblastele sunt rearanjate in directia solicitarii. Fibroblastele intinse din mijlocul ligamentului parodontal devin fuziforme si iar cele din apropierea osului alveolar sferice. Dupa aprecierea lui Garant si Cho (Garant PR, Cho MI. Auto radiographic evidence of the coordination of the genesis of sharpeys fibres with new bone formation in the periodontium of the mouse. J Periodont Res 1979;14:107-14.) aceste fibroblaste secreta noi fibre Sharpey in ligamentul parodontal simultan cu depunerea unei noi matrici pe peretele adiacent al alveolei. Parte din aceste fibre de colagen nou sintetizate sunt incorporate in nou formatul osteoid, in timp ce alta parte sunt incorporate in ligamentul parodontal. Alungirea fibrelor pare sa apara prin incorporarea de noi fibrile la cele deja existente.

Rygh si Brudvik (Rygh P, Brudvik P. The histological responses of the periodontal ligament to horizontal orthodontic loads. In: Berkovitz BB, Moxham BJ, Newman HN, editors. The periodontal ligament in health and disease. St Louis: Mosby; 1995.)  au observat o crestere importanta a vascularizarii in zone de tensiune ale ligamentului parodontal fapt indicat de cresterea spatiului ocupat de vasele de sange pe sectiuni histologice de mandibula de rozatoare. Studiile TEM (transmission electron microscopic) au permis identificarea mai multor celule paravasculare, concomitent cu infiltratia vasculara. Macrofagele si leucocitele, impreuna cu proteinele si fluidele, par sa fi migrat din capilarele ligamentului parodontal. Aceste celule sunt cunoscute ca pot produce diferite molecule de semnal care participa la remodelarea tesutui indusa de forta. Durerea apare in cazul suprasolicitarilor si este considerata ca fiind modalitatea organismului de a contracara stimulii nocivi si a limita functiile. Aceste functii reduse ajuta la repararea si inlocuirea tesutului deteriorat. Dincolo de un anumit nivel al stresului, aprovizionare vasculara a ligamentului parodontal scade, cu aparitia de celule moarte intre fibrele intinseale acestuia.

In zonele de presiune, spre care dintele este deplasat, exista o ingustare a spatiului parodontal si o deformare a crestei osoase alveolare. In functie de magnitudinea fortei aplicate, reactia din aceste zone difera; presiunea usoara produce resorbtia osoasa directa, iar fortele puternice produc hialinizare. La soareci, la cateva ore dupa aplicarea fortei ortodontice, apar in ligamentul parodontal osteoclaste de-a lungul suprafetei osului alveolar, evidentiate de colorarea TRAP pozitiva (Noxon SJ, King GJ, Gu G, Huang G. Osteoclast clearance from periodontal tissues during orthodontic tooth movement. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2001;120:466-76.), (Keeling SD, King GJ, McCoy EA, Valdez M. Serum and alveolar bone phosphatase changes reflect bone turnover during orthodontic tooth movement. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1993;103:320-6.), (King GJ, Latta L, Ruttenberg AO, Keeling SD. Alveolar bone turnover and tooth movement in male rats after removal of orthodontic appliances. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1997; 111:266-75.). Prin studii de electronomicroscopie, s-a observat ca marginile neregulate (ruffled ) ale osteoclastelor sunt in contact strans cu suprafata de resorbtie osoasa (Rygh P, Brudvik P. The histological responses of the periodontal ligament to horizontal orthodontic loads. In: Berkovitz BB, Moxham BJ, Newman HN, editors. The periodontal ligament in health and disease. St Louis: Mosby; 1995.), (Noxon SJ, King GJ, Gu G, Huang G. Osteoclast clearance from periodontal tissues during orthodontic tooth movement. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2001;120:466-76.),( Rody WJ, King GJ, Gu G. Osteoclast recruitment to sites of compression in orthodontic tooth movement. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2001;120:477-89.), (Hughes B, King GJ. Effect of orthodontic appliance reactivation during the period of peak expansion in the osteoclast population. Anat Rec 1998;251:80-6.). Garant (Garant PR. Collagen resorption by fibroblasts. J Periodontol 1976;47:380-90.) a observat cantitati crescute de colagen intracelular in fibroblastii de langa osteoclaste. Este evident ca exista o remodelare extinsa a colagenului in intreagul ligament parodontal, impreuna cu formarea de colagen nou si atasarea la osul alveolar prin apozitie osoasa localizata. Cresterea presiune intr-o regiune localizata a ligamentului parodontal poate inhiba diferentierea osteoclastelor (Rygh P, Bowling K, Hovlandsdal L, Williams S. Activation of the vascular system. A main mediator of periodontal fiber remodeling in orthodontic movement. Am J Orthod 1986;89: 453-68.).In schimb, au loc o serie de reactii degenerative tisulare, cunoscute sub numele de hialinizare. (Rygh P, Brudvik P. The histological responses of the periodontal ligament to horizontal orthodontic loads. In: Berkovitz BB, Moxham BJ, Newman HN, editors. The periodontal ligament in health and disease. St Louis: Mosby; 1995.) (Rygh P, Bowling K, Hovlandsdal L, Williams S. Activation of the vascular system. A main mediator of periodontal fiber remodeling in orthodontic movement. Am J Orthod 1986;89: 453-68.).

Modificarile din tesuturile ligamentului parodontal comprimat sunt caracterizate prin edem, obliterarea treptata a vaselor de sange si ruperea peretilor vasculari, urmata de eliberarea de constituenti sanguini in spatiul extravascular. Modificarile observate la fibroblastele acestor site-uri sunt umflarea moderata a reticulului endoplasmatic, vacuolizarea si ruperea si pierderea de citoplasma. Aceasta dezintegrare lasa nucleele izolate, acestea suferind un fenomen de liza intr-un interval de cateva saptamani. Atata timp cat substanta de baza ramane in ligamentul parodontal tesuturile au un aspect sticlos. Procesul degenerativ este mentinut atata timp cat presiunea persista. Cu timpul, acumularea de produse de degradare eritrocitara in zonele de presiune ar putea suferi un fenomen de cristalizare (Rygh P, Selvig KA. Erythrocyte crystallization in rat molar periodontium incident to tooth movement. Scand J Dent Res 1973;81:62-73.). Nici o deplasare dentara nu are loc pana cand tesutul necrotic nu este elimina t prin invazia de celule fagocitare din zonele periferice nedeteriorate ale ligamentului si din spatiile medulare osoase. Aceasta eliminare este finalizata dupa 3-5 saptamani si ligamentul parodontal posthialinizare este semnificativ diferit comparativ cu cel dinainte de tratament, el putand rezista la nfluente mecanice mai mari(Rygh P, Brudvik P. The histological responses of the periodontal ligament to horizontal orthodontic loads. In: Berkovitz BB, Moxham BJ, Newman HN, editors. The periodontal ligament in health and disease. St Louis: Mosby; 1995.) (Rygh P, Bowling K, Hovlandsdal L, Williams S. Activation of the vascular system. A main mediator of periodontal fiber remodeling in orthodontic movement. Am J Orthod 1986;89: 453-68.). Un articol recent al lui Attal si colab. (Attal U, Blaushild N, Brin I, Steigman S. Histomorphometric study of the periodontal vasculature during and after experimental tipping of the rat incisor. Arch Oral Biol 2001;46:891- 900.) a aratat ca vascularizatia parodontala sufera schimbari similare in zonele de presiune si de tensiune, dar diametrele vasculare sunt mai mari in zonele neafectate de incarcarea mecanica. Ei au constatat si o scadere semnificativa a numarului mediu de arteriole terminale, in timp ce existata o crestere a numarului de venule capilare si postcapilare in regiunea apicala a dintelui. Aceste modificari vasculare au persistat chiar si 12 saptamani dupa eliminarea fortei ortodontice, sugerand existenta unui efect de elastic.

Este clar din aceasta discutie ca, atata timp cat anchiloza nu se produce, tendinta generala dupa aplicarea fortei este de conservare a latimii ligamentului parodontal, proces remarcabil care implica controlul precis al resorbtiei osteogenice si apozitiei in site-urile specifice, ale tesuturilor paradentale. Concluzii trase in urma unor studii recente au aratat ca ligamentul parodontal ar putea fi atat mediu de transfer al fortei cat si mijloac prin care osul alveolar se remodeleaza ca raspuns la aplicarea fortei (Verna C, Dalstra M, Lee TC, Cattaneo PM, Melsen B. Microcracks in the alveolar bone following orthodontic tooth movement: a morphological and morphometric study. Eur J Orthod 2004;26:459-67.). Howard si colab. (Howard PS, Kucich U, Taliwal R, Korostoff JM. Mechanical forces alter extracellular matrix synthesis by human periodontal ligament fibroblasts. J Periodont Res 1998;33:500-8.) au constatat ca 'forta mecanica' ar putea induce sinteza fibronectinei si colagenului de catre celulele ligamentului parodontal in mod dependent de magnitudinea fortei. Dovezi curente sugereaza prezenta sisteme mecanosensoriale de semnalizare, inclusiv a adenilguanilatului activator al canalelor de ioni si schimbarile in organizarea citoscheletului ca raspuns la fortele mecanice (Sandy JR, Farndale RW. Second messengers: regulators of mechanically induced tissue remodeling. Eur J Orthod 1991;13: 271-8), (Sandy JR. Signal transduction. Br J Orthod 1998;25:269-74.), ( Kerrigan JJ, Mansell JP, Sandy JR. Matrix turnover. J Orthod 2000;27:227-33.), (Waddington RJ, Embery G. Proteoglycans and orthodontic tooth movement. J Orthod 2001;28:281-90.), (Talic N, Evans CA, Daniel JC, George A, Zaki AM. Immunohistochemical localization of αvβ3 integrin receptor during experimental tooth movement. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2004;125:178-84.).

Ligamentul parodontal este abundent prevazut cu 2 tipuri de receptori: ai terminatiilor Ruffini si ai terminatiilor nervoase libere(Maeda T, Iwanaga T, Fujita T, Takahashi Y, Kobuyashi S. Distribution of nerve fibers immunoreactive to neurofilament protein in rat molars and periodontium. Cell Tissue Res 1987;249:13-23.). Acesti receptori joaca un rol cheie in schimbarea structurii si functiilor celulare ale ligamentului parodontal, ca raspuns la solicitarile mecanice, cum ar fi cele aplicate in ortodontie (Nakanishi H, Seki Y, Kohno T, Muramoto T, Toda K, Soma K. Changes in response properties of periodontal mechanoreceptors after experimental orthodontic tooth movement in rats. Angle Orthod 2004;74:93-9.). Raspunsul cel mai rapid al fibroblastilor din ligamentul parodontal la actiunea fortelor mecanice implica cresterea concentratiei intracelulare a ionilor de calciu si schimbari in polimerizarea filamentelor de actina. Influxul de ioni de calciu are o actiune puternic inductoare asupra efectorilor, inclusiv asupra proteinelor care regleaza citoscheletul (McCulloch CAG, Lekic P, Mckee MD. Role of physical forces in regulating the form and function of periodontal ligament. Periodontology 2000;2000:24:56-72.), ( Bibby KJ, McCulloch CA. Regulation of cell volume and intracellular calcium in attached human fibroblasts responding to antiosmotic buffers. Am J Physiol 1994;266:C1639-49.). Redlich si colab. (Redlich M, Roos AH, Reichenberg E, Zaks B, Mussig D, et al. Expression of tropoelastin in human periodontal ligament fibroblasts after simulation of orthodontic force. Arch Oral Biol 2001;49:119-24.) au raportat o semnificativa crestere a reglarii dependenta de timp a genei tropoelastinului ca urmare a presiunii externe consecutive fortei ortodontice exercitata pe culturi umane de fibroblasti din ligamentul parodontal.

Raspunsurile pe termen lung la incarcarea mecanica in vitro pot include stimularea diviziunii celulare, ceea ce va conduce la cresterea sintezei colagenului si stimularea activitatii fosfatazei alcaline ca efect al schimbarilor aparute dupa aplicarea fortei (Bumann A, Carvalho RS, Schwarzer CL, Yen EH. Collagen synthesis from human PDL cells following orthodontic tooth movement. Eur J Orthod 1997;19:29-37.). Studii recente au demonstrat ameliorarea sintezei de oxid nitric dupa aplicarea fortei mecanice in experiente pe animale (Yoo SK, Wartia H, Soma K. Duration of orthodontic force affecting critical response of nitric oxide synthase in rat periodontal ligament. J Med Dent Sci 2004;51:83-8.), (Akin E, Gurton AU, Olmez H. Effects of nitric oxide in orthodontic tooth movement in rats. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2004;126:608-14.), (Hayashi K, Igarashi K, Miyoshi K, Shinoda H, Mitani H. Involvement of nitric oxide in orthodontic tooth movement in rats. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2002;122:306-9.), (Shirazi M, Nilforoushan D, Alghari H, Dehpour AR. The role of nitric oxide in orthodontic tooth movement in rats. Angle Orthod 2002;72:211-5.) si oameni (D'Attillio M, Maio FD, D'Arcangela C, Filippi MR, Felaco M, Lohinai Z, et al. Gingival endothelial and inducible nitric oxide synthase levels during orthodontic treatment: a cross sectional study. Angle Orthod 2004;74:851-8.). Aceste constatari imunohistochimice sugereaza ca oxidul nitric ar putea fi un reglator cheie al miscarii dentare ortodontice, prin reglarea functiilor osteoblastelor si osteoclastelor si prin modularea in acest mod a metabolismului osos (D'Attillio M, Maio FD, D'Arcangela C, Filippi MR, Felaco M, Lohinai Z, et al. Gingival endothelial and inducible nitric oxide synthase levels during orthodontic treatment: a cross sectional study. Angle Orthod 2004;74:851-8.). Takahashi si colab. (Takahashi I, Nishimura M, Onodera K, Bae JW, Mitani H, Okazaki M, et al. Expression of MMP-8 and MMP-13 genes in the periodontal ligament during tooth movement in rats. J Dent Res 2003;82:646-51.) au demonstrat reglarea diferentiata a producerii genelor MMP-8 si MMP-13 si au concluzionat ca aceasta dihotomie ar putea juca un rol important in definirea caracteristicilor specifice ale remodelarii ligamentului parodontal. Cercetarile actuale in acest domeniu sunt indreptate spre studierea mecanismelor de semnalizare evocate prin mechanotransductie si determinarea naturii senzorilor mecanici din ligamentul parodontal si celulele osoase.

Efectul fortelor ortodontice asupra gingiei:

Modificarile celulare si extracelulare din ligamentul parodontal, osul alveolar si cement dupa aplicarea fortei ortodontice au fost intens studiate. Desi schimbarile gingival, au fost gasite a fi importante pentru raspunsul global, li s-a acordat o atentie minima. O recenzie recenta a subliniat diferitele modificari de la nivelul gingiei, aparute ca raspuns la aplicarea fortei ortodontice (Redlich M, Shoshan S, Palmon A. Gingival response toorthodontic force. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1999;116:152-8.). In consecinta, doua procese separate au loc la nivelul gingiei dupa transductia ortodontica a fortei. In primul rand, exista o leziune a tesutului conjunctiv gingival manifestata prin ruperea fibrelor de colagen;in al doilea rand, genele pentru colagen si elastina sunt activate, in timp ce cele pentru colagenazele tisulare sunt inhibate. Efectul solicitarii mecanice asupra fibroblastelor gingivale umane a fost evaluat recent. Studiul a folosit ca repere statutul fosforilarii si localizarea membrilor familiei Forkhead box ( mediatori ai apoptozei fibroblastilor) si nivelul de proliferare celulara a antigenelor nucleare (pentru proliferarea indusa de solicitare). Rezultatele au indicat ca solicitarea mecanica poate determina eliberarea de stimuli anti-apoptopici si proliferativi din fibroblastii gingiei umane (Danciu TE, Gagari E, Adam RM, Damoulis PD, Freeman MR.Mechanical strain delivers anti-apoptopic and proliferative signals to gingival fibroblasts. J Dent Res 2004;83:596-601.).

Observatiile clinice de la nivelul gingiei in timpul tratamentului ortodontic au aratat acumulare de tesuturi si extinderea (intinderea) papilelor gingivale atunci cand spatiile postextractionale sunt inchise. Aceasta acumulare de tesuturi este atribuita atat retractiei cat si compresiei. Adiacent acestei acumulari de tesut, apar despicaturi verticale ale epiteliului si tesutului conjunctiv, a caror persistenta a fost constatata dupa ani de la incheierea tratamentului (Rivera Circuns AL, Tulloch JF. Gingival invagination in extraction sites of orthodontic patients: their incidence, effects in periodontal health and orthodontic treatment. Am J Orthod 1983;83:468-76.). Studiile histologice au demonstrat intreruperea fibrelor transseptale in siturile de extractie si repararea lor in timpul fazei de vindecare (Chase SW, Revesz J. Reestablishment of transseptal fibers following extraction. J Dent Res 1944;23:333-6.). Aceste fibre de colagen nou formate sunt spiralate si comprimate si au aspectul unei mingi de fotbal dupa apropierea ortodontica a dintilor invecinati site-urilor de extractie. Exista cresteri ale numarului de fibre de oxytalan si a GAGs (glicozaminoglicani solubili) in zona fibrelor transseptale. Este raportat ca absorbtia de prolina de catre colagenul nou format este crescuta in mod semnificativ, ceea ce sugereaza o crestere in rata sintezei fibroblastilor gingivali (Boisson M, Gianelly AA. Collagen synthesis in rat gingiva during tooth movement. Am J Orthod 1981;80:289-99.). Analiza ultrastructurala prin electronomicroscopie de transmisie a aratat diametrele crescute ale fibrelor de colagen gingivale nou formate in ambele zone de compresie si de tensiune. In plus, exista aparent o usoara crestere in numarul si dimensiunea fibrelor elastice in zonele de presiune de la nivel gingival, comparativ cu zonele de tensiune (Redlich M, Shoshan S, Palmon A. Gingival response to orthodontic force. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1999;116: 152-8.).

Studiile pe fibroblasti gingivali in vitro, prin reactia in lant revers transcriptaza-polimeraza a aratat niveluri semnificativ crescut in transcrierea genica a colagenului de tip I, in timp ce colagenaza tisulara (MMP1) descreste dupa solicitarea mecanica (Redlich M, Palmon A, Zaks B, Geremi E, Rayzman S, Shoshan S. The effect of mechanical force on the transcription levels of collagen type I and collagenase in cultured canine gingival fibroblasts. Arch Oral Biol 1998;43:313-6.). Intr-o lucrare recenta Bolcato-Bellemin si colab. (Bolcato-Bellemin AL, Elkaim R, Abehseia A, Fausser JL, Haikel Y, Tenenbaum H. Expression of mRNAs encoding for alpha and beta integrin subunits, MMPs, and TIMPs in stretched human periodontal ligament and gingival fibroblasts. J Dent Res 2000;79:1712-6.) despre fibroblastii umani din ligamentul parodontal si gingie supusi fortei mecanice au cuantificat codificarea mRNAs in diferitele MMPs, TIMPs si subunitatile de alfa si beta integrina. Rezultatele au indicat ca fibroblastii intinsi, de ambele tipuri, au avut acelasi model de codare mRNAs MMPs si TIMPs, dar a diferit codificarea pentru diversele subunitati ale integrinei, cunoscute pentru actiunea lor ca receptori proteici, in mecanotransductie. Aceasta constatare sugereaza ca este necesara o perturbare a echilibrului dintre sinteza si degradarea colagenului, pentru mentinerea stabilitatii adecvate a tesutului. Se sugereaza astfel ca efectele fortei ortodontice la nivel gingival sunt similare, in cazurile de inchidere a spatiilor de extractie si de corectie a rotatiilor. Mai mult, aceste constatari indica faptul ca recidiva de dupa tratament are drept principala cauza elasticitatea crescuta de la nivelul gingiei comprimate, datorate biosintezei de fibre elastice noi si GAGs. In acest mod, gingia sufera o deformare elastica pe durata tratamentului ortodontic, capabila sa provoace recidiva in timpul perioadei de retentie posttratament.

Biomarkerii remodelarii osoase in fluidul santului gingival:

GCF (gingival crevicular fluid) apare la nivelul marginii gingivale si poate fi descris ca un variat transudat sau exudat. Debitul sau este legat de gradul de inflamatie gingivala si o rata de 0.05 - 0.20 μl pe minut a fost raportata in cazul existentei unei rate de inflamatie aparenta minima. Debitul total este cuprins intre 0,5 si 2,4 mL / zi. (Ferguson DB. Oral bioscience. China: Churchill livingstone;1999.). Studii recente despre miscarea ortodontica dentara au folosit GCF, deoarece aceste investigatii sunt noninvazive si probe repetate pot fi prelevate cu usurinta din acelasi loc cu ajutorul anselor din platina, benzilor de hartie de filtru, spalaturilor gingivale si a micropipetelor. Acest lichid este folosit pentru analiza biochimica a unor markeri diversi cum ar fi productia de prostaglandine si actiunea diversilor factori extracelulari si intracelulari, precum IL-1, IL-6, TNFα, factorul de crestere epidermalaβ2 , microglobulina, catepsina, aspartat aminotransferaza, fosfataza alcalina si lactat dehidrogenaza.

Schimbarile din cursul remodelarii osului alveolar si ligamentului parodontal induc producerea unor variati mediatori celulari sau enzime care pot fi utilizate ca biomarkeri pentru tratamentul ortodontic. (Waddington RJ, Embery G. Proteoglycans and orthodontic tooth movement. J Orthod 2001;28:281-90.), (Sugiyama Y, Yamaguchi M, Kanekawa M, Yoshii M, Nozoe T, Nogimura A, et al. The level of cathepsin B in gingival crevicular fluid during human orthodontic tooth movement. Eur J Orthod 2002;25:71-6.). Studii ale lui Last si colab. Last KS, Stanbury JB, Embery G. Glycosaminoglycans in human gingival crevicular fluid as indicators of active periodontal disease. Arch Oral Biol 1985;30:275-81.) si Embery si Waddington (Waddington RJ, Embery G. Proteoglycans and orthodontic tooth movement. J Orthod 2001;28:281-90.) descriu multi GAGs (glicozaminoglicani solubili), proteoglicani si proteine tisulare in GCF, dovada a proceselor biochimice din tesuturile paradentale. Last si colab. (Last KS, Stanbury JB, Embery G. Glycosaminoglycans in human gingival crevicular fluid as indicators of active periodontal disease. Arch Oral Biol 1985;30:275-81.) au fost primii care au facut raportari in acest sens, ei demonstrand prezenta condroitin-4-sulfatului in GCF in zonele de presiune in timpul deplasarii dentare. Deoarece modelul ortodontic presupune absenta placii si a oricarei afectiuni, a-a sugerat ca cresterea condroitin-4-sulfatului este consecinta modificarilor biologice care au loc in tesuturile profunde. Uematsu si colab. (Uematsu S, Mogi M, Deguchi T. Interleukin (IL)-1β, IL-6, tumor necrosis factor α, epidermal growth factor and β2 microglobulin are elevated in gingival crevicular fluid during human orthodontic tooth movement. J Dent Res 1996;75:562-7.), (Uematsu S, Mogi M, Deguchi T. Increase of transforming factor β1 in gingival crevicular fluid during human orthodontic tooth movement. Arch Oral Biol 1996;41:1091-5.) au gasit mai multi mediatori celulari, precum IL-1β, IL-6, TNFα, factori de crestere epidermala, β 2 microglobulina si TGFβ, care sunt crescuti in GCF in timpul tratamentului ortodontic. Grieve si colab (Grieve WG III, Johnson GK, Moore RN, Reinhardt RA, Dubois LM. Prostaglandin E (PGE) and interleukin-1 beta (IL-1beta) levels in gingival crevicular fluid during human orthodontic tooth movement. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1994;105: 369-74.) si Lee si colab. (Lee KJ, Park YC, Yu HS, Choi SH, Yoo YJ. Effects of continous and interrupted orthodontic force on interleukin-1β and prostaglandin E2 production in gingival crevicular fluid. Am J Orthod. Dentofacial Orthop 2004;125:168-77.) au raportat cresteri similare pentru PGE2 si IL-1β, iar Lowney si colab. (Lowney JJ, Norton LA, Shafer DM, Rossomando EF. Orthodontic forces increase tumor necrosis factor α in human gingival sulcus. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1995;108:19-24.) pentru TNFα.

Griffiths si colab. (Griffiths GS, Moulson AM, Petrie A, James IT. Evaluation of osteocalcin and pyridinium cross links of bone collagen as markers of bone turnover in gingival crevicular fluid during different stages of orthodontic treatment. J Clin Periodont 1998;25:492-8.) au demonstrat prezenta osteocalcinului in GCF dintilor deplasati sub actiunea unei forte ortodontice. Insoft si colab. (Insoft M, King GJ, Keeling SD. The measurement of acid and alkaline phosphatase in gingival crevicular fluid during orthodontic tooth movement. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1996;109:287-96.) au gasit crescute nivelurile fosfatazei alcaline in timpul primelor 3 saptamani de tratament ortodontic, in timp ce fosfataza acida a crescut in saptamana urmatoare. Perinetti si colab. (Perinetti G, Paolontonio M, D'Attilio M, D'Archivio D, Dolci M, Femminela B, et al. Asparate aminotransferase activity in gingival crevicular fluid during human orthodontic tooth movement. A controlled short-term longitudinal study. J Periodont 2003;74:145-52.) au demonstrat, de asemenea, activitatea fosfatazei alcaline, impreuna cu aspartat aminotransferaza in GCF. Recent, Serra si colab. (Serra E, Perinetti G, D'Attilio M, Cordella C, Paolantonio M, Festa F, et al. Lactate dehydrogenase activity in gingival crevicular fluid during orthodontic treatment. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2003;124:206-11.) au observat o crestere a activitatii lactat dehidrogenazei in GCF dupa aplicarea fortei ortodontice si a propus ca aceasta sa fie un marker sensibil pentru metabolismul parodontal. Sugiyama si colab. (Sugiyama Y, Yamaguchi M, Kanekawa M, Yoshii M, Nozoe T, Nogimura A, et al. The level of cathepsin B in gingival crevicular fluid during human orthodontic tooth movement. Eur J Orthod 2002;25:71-6.) au raportat o crestere a valorii catepsinei B in GCF si au sugerat ca aceasta este implicata in degradarea matricii extracelulare. Apajalahti si colab. (Apajalahti S, Sorsa T, Railavo S, Ingman T. The in vivo levels of matrix metalloproteinase-1 and -8 in gingival crevicular fluid during initial orthodontic tooth movement. J Dent Res 2003;82: 1018-22.) au gasit o cantitate semnificativ mai mare de MMP-8 in GCF dupa aplicarea fortei ortodontice pentru 4-8 ore. Ei au sugerat ca aceasta crestere in productia si activarea MMP-8 in GCF reflecta modificarile datorate remodelarii parodontale ca urmare a fortei ortodontice aplicate. Ei au ajuns la concluzia ca prezenta unor astfel de markeri in GCF ar putea fi utila in identificarea activitatii de remodelare osoasa in timpul tratamentului ortodontic. Acest lichid poate fi deci considerat un promitator si puternic mijloc pentru cercetarile viitoare, deoarece aceste investigatiile au inceput deja sa ofere o perspectiva asupra aspectelor temporale ale proceselor resorbtive si formative din tesuturile paradental in timpul tratamentului ortodontic.