fenomenos moleculares asociados a la magnitud de la fuerza

FENOMENOS MOLECULARES ASOCIADOS A LA MAGNITUD DE LA FUERZA
ORTODONTICA
Octavio González*, Liliana Otero**, Jose Ariza***, Desirée Champsaur***, Carlos
Forero***, Angélica Martínez***, Orlando Martínez***, María Victoria Martin***,
Patricia Maza***, Lina Quintero***,
María Irene Rodríguez***, Adolberto
Torres***, Erika Simanca***, David Peña***.
El movimiento dental ortodóntico es un fenómeno físico donde las fuerzas
mecánicas sobre el diente son traducidas en eventos biológicos que ocurren en las
células y la matriz extracelular que las rodea. Debido a la duración del movimiento
dental ortodóntico los pacientes reciben varios tipos de fuerzas mecánicas con
diferentes magnitudes, duraciones e intensidades de fuerza. Hasta ahora el
conocimiento de los procesos biológicos involucrados en el movimiento dental
ortodóncico y la respuesta celular y tisular que se origina en cada tipo de fuerza es
limitado pero se espera que con las nuevas técnicas y el gran progreso que han
tenido las ciencias básicas en los últimos años, próximamente se puedan resolver
muchas interrogantes que existen al respecto 1 . Las investigaciones en el campo de
la ortodoncia están enfocándose en la biología del movimiento dental. Técnicas
avanzadas de biología molecular han dado respuesta a muchas interrogantes que
se han generado por décadas. El movimiento dental genera cambios a nivel tisular
y celular 2 . Distintos autores reportan la importancia que tiene diferentes moléculas
en el movimiento dental estimulando el remodelado óseo.
El ligamento periodontal juega un rol vital en la amortiguación de las fuerzas
generadas por la masticación, el soporte dental y la transferencia de fuerzas. HE, Y.
(2004) concluyó que las fuerzas mecánicas alteran la matriz extracelular y el
remodelado de proteínas 3 .
Recientemente se ha encontrado que las fibras de los nervios periféricos participan
en el proceso inflamatorio (inflamación neurogénica) liberando varios
neuropéptidos. El péptido relacionado con el gen de la calcitonina (CGRP) y la
sustancia P (SP), 2 neuropéptidos del ligamento periodontal humano, juegan un
papel en la inflamación sirviendo como vasodilatadores e induciendo aumento de la
permeabilidad vascular 4 .
Sin embargo, las sustancias que se aumentan por la estimulación del movimiento
dental no solo involucran aquellas que regulan el remodelado óseo, sino también el
remodelado de tejido del ligamento periodontal, vasos, nervios y raíz. Además
genera dolor debido a la respuesta inflamatoria aséptica que se produce. Galanin,
es un neuropéptido que juega un papel en la transmisión del dolor durante el
movimiento ortodóncico. Deguchi T. (2003) 5 , encontró que las fibras Gal-ir
aumentaban durante el tercer día después de la colocación de elásticos. Por esta
razón sugiere la asociación de este neuropéptido como trasmisor al ganglio
trigeminal, durante la segunda fase del dolor.
Milton en el 2002 6 , estudió la distribución de ET-1 en los vasos sanguíneos del
ligamento periodontal de ratas sometidos a una fuerza continua por 3 horas. Utilizó
una fuerza intrusiva de 100 +/- 20 gr., y mediante análisis inmunohistoquímico
encontró mayor expresión para ET-1 en las secciones experimentales con una
diferencia significativa (p< 0.05) para endotelio, superficies celulares del alvéolo y
cemento. Ashworth, JF y Sims 7 , utilizaron una fuerza de 120 - 200 gr. sobre
molares, y en las secciones analizadas con inmunohistoquímica, encontraron células
vasculares con producción marcada de ET-1 y α-SMA (actina del músculo liso), una
proteína involucrada en la morfología y función celular por medio de la modificación
del citoesqueleto de actina. La respuesta temprana de ET-1 y α-SMA puede indicar
la respuesta que toma lugar en humanos durante las etapas iniciales del
movimiento dental ortodóncico lo que conduce al remodelado dinámico del
endotelio microvascular y del músculo liso.
Diversos estudios han demostrado que durante el remodelado óseo, las células
formadoras de hueso son positivas para fosfatasa alcalina (ALP), ya que con una
fuerza constante de 250 gr. la actividad de la ALP, en el fibroblasto gingival, es
afectada por las fuerzas ortodóncicas. La diferencia en el lado de tensión y de
compresión no es significativa lo cual nos indica actividad osteoblástica tanto en el
lado de tensión como en el de compresión 8 .
Talic y col (2004) 9 , examinaron inmuhistoquímicamente la expresión de αvß3
integrina, en la superficie celular, de osteoclastos y de células del ligamento
periodontal durante el movimiento dental experimental. La subunidad αv integrina
marcó áreas de tensión y compresión, apical y lateralmente en la raíz, y se observó
en odontoclastos y osteoclastos, pero no en los restos epiteliales de Malassez
(ERM). La subunidad ß3 integrina, marcó los osteoclastos y odontoclastos y fue
expresada por ERM. La αvß3 integrina es un receptor de adhesión que está
expresado durante el movimiento dental experimental y parece estar relacionado
con los procesos de mineralización de tejido y con las funciones de ERM. Los
restos epiteliales de Malassez juegan un papel crítico en el remodelado del LP,
estudios han demostrado que secreta osteopontina y ameloblastina y pueden
sintetizar colagenasa.
Yokoya y Shibasaki (1996) 10 , evaluaron la presencia de H+ATPasa en células
osteoclásticas y preosteoclásticas, al colocar separadores elásticos (6 horas – 14
días). La H+ATPasa se encontró aumentada en canales vasculares, hueso alveolar,
ligamento periodontal y en las estructuras celulares de estos tejidos.
La habilidad del ligamento periodontal humano para remodelarse rápidamente es la
base del movimiento dental ortodóncico. Durante el movimiento dental los
proteoglicanos de la matriz parecen jugar un papel importante en los aspectos
espaciales, mecánicos y biológicos para el mantenimiento y la reparación de los
tejidos. Sato y col (2002) 11 , observaron que el versican y las proteínas de unión
fueron altamente expresadas en el lado de presión pero no en el lado de tensión, y
la distribución de ambas moléculas pareció coincidir durante el movimiento dental
experimental en ratas. Es posible que estas moléculas junto con el ácido hialurónico
formen una estructura entre las fibrillas de colágeno que ayuden a disipar las
fuerzas compresivas aplicadas al ligamento periodontal.
Otra de las moléculas involucradas en el movimiento dental ortodóntico es la
osteoprotegerina (OPG). La osteoprotegerina es un miembro de la familia del factor
de necrosis tumoral (TNF) que regula la osteoclastogénesis. El RANKL es una de las
moléculas reguladoras de la formación osteoclástica que se une a OPG. Oshiro y col
(2002) 12 , Utilizaron una fuerza con un elástico (Método de Waldos) y observaron el
comportamiento de los osteoclastos durante el movimiento dental ortodóncico en
ratas con deficiencia de osteoprotegerina. Sus resultados demuestran que RANKL y
OPG son determinantes importantes en la regulación de la reabsorción del hueso
alveolar en los tejidos periodontales.
Ohno y Tanimoto (2003) 13 , investigaron los efectos del estímulo mecánico en la
expresión de RGD-CAP/βig-h3 (Proteína unida al colágeno) en el ligamento
periodontal humano (LPH), bajo una fuerza de 15 gr. Aplicada durante tres días.
Mediante un análisis Western Blot, encontraron que RGD-CAP/βig-h3 suprime la
mineralización, mantiene la integridad del LPH y evita
la anquilosis. Estos
resultados sugieren que esta proteína juega un papel esencial en el desarrollo y
reparación de la matriz extracelular (MEC) en el LPH.
En la terapia ortodóntica, las fuerzas aplicadas a los dientes, producen una
compleja interacción celular asociada a la actividad del remodelado óseo. Esta
interacción está regulada por factores locales como las citoquinas y los factores de
crecimiento y otros factores sistémicos como la hormona paratiroides, vitamina D,
estrógeno y calcitonina. Por lo anterior, se puede asumir que la velocidad del
movimiento dental, puede ser influenciada por factores hormonales, agentes
farmacológicos o enfermedades del metabolismo óseo. En un estudio realizado por
Kalia y col (2004), se observó que en las ratas con tratamiento crónico de
corticoesteroides el movimiento dental se realizaba con mayor velocidad, pero
también con un incremento en las lagunas de reabsorción, por esta razón se
sugiere aplicar fuerzas de magnitudes bajas en pacientes que reciban terapia
crónica con corticoesteroides, y esperar a que el paciente suspenda la droga en
pacientes con tratamientos para enfermedades agudas14 .
Otras moléculas que intervienen activamente en el movimiento dental ortodóncico
son las citoquinas. Loowney (1995) 15 , encontró que el factor de necrosis tumoral α
(TNFα) se elevó en el surco gingival después de aplicar una fuerza ortodóntica de
12.5 ng. a 30.5 ng. Yamaguchi (2004) 16 evaluó los niveles de IL-1β, IL-6, y el
TNFα, durante el tratamiento ortodóntico en el LPH y en el tejido pulpar estimulado
con neuropéptidos, y encontró un incremento en los niveles de todas estas
citoquinas inflamatorias. Por esta razón, se sugiere que las citoquinas si cumplen
un papel importante en el movimiento dental.
En el 2004, Kee-Joon 17 , evalúo los efectos de las fuerzas ortodónticas continuas e
interrumpidas de 100 gr., y no encontró diferencia significativa al comparar los
niveles de IL-1β y de PGE2. De manera similar la velocidad de movimiento dental
con las dos fuerzas fue semejante.
La interleuquina 1 (IL-1) es una potente citoquina que facilita la supervivencia,
fusión y activación de osteoclastos, de esta manera contribuye a la reabsorción
ósea 18 . La interleukina IL-1β, es secretada principalmente por monocitos,
macrófagos, células endoteliales, fibroblastos y células epidermales y su secreción
es inducida por varios estímulos 19 . Davidovitch (1988) reportó que las células
activadas mecánicamente por movimientos ortodóncicos, aumentan los niveles de
IL-1β es un inductor de
IL-1β en los tejidos periodontales y óseos 20 .La
prostaglandina E (PGE) 21 y la administración local de esta citoquina aumenta los
niveles de PGE endógena. Por otra parte la administración local o sistémica de IL1β, ó de PGE aumenta significativamente la velocidad del movimiento dental 22 .
Grieve y col 23 reportaron que la IL-1β y la PGE aumentan en el fluido gingival
crevicular a las 24 horas después del movimiento ortodóncico y retorna a sus
niveles normales después de siete días de haber aplicado la fuerza.
Kale y col (2.004) 24 compararon la utilidad terapéutica de la PGE y de la Vitamina
D 1.25 dihidroxicolecalciferol (1.25D) en ratas sometidas a fuerzas ortodóncicas.
Ellos observaron que la Vitamina D es un potente estimulador de la actividad
osteoclástica, se puede utilizar en niveles mucho más bajos que otras hormonas y
regula mejor la actividad metabólica del hueso.
La reabsorción apical externa es una secuela común del tratamiento ortodóncico, es
de origen multifactorial y al parecer también está relacionada con factores
hormonales y citoquinas. La variación en el gen de la Interleukina 1β en individuos
tratados ortodóncicamente es la causa del 15% de la variación en la reabsorción
radicular. La disminución de producción de IL-1β en el caso del alelo de IL-1β
puede resultar en un remodelado óseo menos catabólico, lo que resultará en una
fuerza prolongada concentrada en la raíz del diente, que desencadena en una
cascada de eventos relacionados con la reabsorción radicular 25 . Hughes y King
(1998) 26 , examinaron cambios en el hueso alveolar de ratas sometidas a una
fuerza de 40gr durante 4 días. Observaron que la Interleukina IL-1α se elevó en la
primera hora y retornó a su valor inicial al primer día. Además sus hallazgos
indican que después de la reactivación de la fuerza, durante la mayor estimulación
osteoclástica, una segunda cohorte de osteoclastos puede reclutarse, pero solo
después de varios días. Sin embargo esta demora en la aparición de los
osteoclastos, no es debida a una falla en la producción de IL-1α en los tejidos.
Otras moléculas importantes en el movimiento dental son las metaloproteinasas.
Redlich (2004) 27 , realizó cultivos de células del ligamento periodontal, las cuales se
sometieron a una fuerza centrifuga durante diferentes periodos de tiempo, y
determinó que el ligamento periodontal se remodela tras la aplicación de una
fuerza ortodóncica en gran parte por la expresión genética de las metaloproteinasas
1 en los fibroblastos presentes. Holliday (2003) 28 , conociendo el papel de las
metaloproteinasas en la regulación del remodelado óseo, evaluó el papel de los
inhibidores de las metaloproteinasas tras la aplicación de una fuerza de 40 gr. a
ratones, y observó que al inhibir las metaloproteinasas, el movimiento dental
disminuye a partir del primer día, y se estabiliza en el tercer día. Mientras que la no
aplicación de inhibidores genera un aumento mínimo del movimiento dental hasta
el décimo día.
Aspartate aminotransferasa, es una molécula que se observó en el tejido pulpar de
dientes tratados ortodóncicamente con fuerzas entre 30 gr. y 90 gr., y se relaciona
con muerte celular 29 . En un estudio donde se examinó la actividad aspartate
aminotransferasa, en el fluido crevicular de 18 pacientes a los que se les aplicó una
fuerza ortodóncica de 250 gr., durante cuatro semanas, se determinó que la
actividad del aspartate aminotransferasa aumenta, produciendo reabsorción ósea
en los sitios de presión y aposición ósea en los sitios de tensión.
Las moléculas CD 40 y CD 40L, son expresadas en fibroblastos, macrófagos, y
células dendríticas. La interacción CD40/CD40L aparece como un proceso activo
durante el movimiento dental ortodóncico, y la fuerza ortodóncica induce la
activación de células T. CD 40L se expresa en las células de la zona de presión, en
algunas células del cemento celular de la zona de tensión. La activación de células T
podría estar involucrada en la inducción de los mediadores de la inflamación y en el
remodelado óseo 30 .
Shirazi (2002) 31 , reporta la importancia del óxido nítrico (NO) en el remodelado que
se desarrolla durante el movimiento dental ortodóncico. La presencia del NO en
respuesta a la aplicación de una fuerza de 60 gr., aumenta el movimiento dental
desde el 6º día hasta el día 13 aproximadamente. En tanto el uso de inhibidores del
NO generan una disminución notable en el movimiento ortodóncico. Este aumento
en el movimiento puede ser causado por el reclutamiento
de osteoclastos
alrededor del diente en las zonas en las cuales se realiza la fuerza.
Karsten y Hellsing (1.997) 32 , evaluaron los efectos de la fenitoína en ratas
sometidas a una fuerza de 150 mN (15g), y 30mg/100gr. En este estudio la
fenitoína estimuló la proliferación, diferenciación, maduración y actividad
osteoblástica durante el movimiento dental ortodóncico, y aumentó los niveles de
osteocalcina, fosfatasa alcalina y la síntesis de colágeno.
Iwasaki y col (2000) 33 , compararon el movimiento dental producido por una fuerza
de retracción continua con un promedio de 18 gr., y una fuerza de retracción con
promedio de 60 gr. Los resultados mostraron una diferencia significativa en la
velocidad del movimiento dental, 0.87 mm/mes para el grupo que recibió la fuerza
de 18 gr., y 1.27 mm/mes para el grupo que recibió 60 gr. de fuerza. Las
velocidades interindividuales variaron hasta una relación 3:1 para condiciones de
fuerza equivalentes. Concluyeron que el movimiento dental efectivo puede
producirse con fuerzas menores y dado que las condiciones de carga fueron
controladas, la biología celular debe ser la responsable de la variabilidad de las
velocidades dentales medidas en humanos.
Ren y col (2.004) 34 , desarrollaron un modelo matemático para describir la relación
entre la magnitud de la fuerza aplicada y la cantidad de movimiento dental
resultante. El modelo mostró que un amplio rango de magnitudes de fuerza
(similares en perros y en humanos) provoca diferentes ratas de movimiento dental.
Estos hallazgos sugieren que la magnitud de la fuerza se traduce en eventos
moleculares y celulares que varían de un individuo a otro y solamente podrán ser
controlados en la medida en que se conozca más acerca de la biología del
movimiento dental ortodóncico.
CONCLUSIONES
A pesar de la investigación realizada en este campo el nivel de fuerza óptima aún
no ha podido ser establecido debido a múltiples factores entre los que se pueden
enumerar factores relacionados a la fuerza en sí, como: la diversidad de
aparatología utilizada, los diferentes materiales empleados, el tipo de técnica
usada, la intensidad, magnitud y duración de la fuerza aplicada. Existen también
factores relacionados con el tipo maloclusión del individuo que recibe la fuerza
como: la posición de los dientes, la oclusión en cada estructura dental, la forma de
las raíces, la relación corona raíz y el nivel óseo. Por otra parte las condiciones
biológicas relacionadas con el individuo como, la edad del paciente, las
características de su sistema inmunológico, su capacidad de regeneración, y los
factores genéticos relacionados con la respuesta individual de cada paciente son
entre otros, algunos de los múltiples factores que necesitan ser investigados para
poder determinar con exactitud cuál es la fuerza ideal en ortodoncia.
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