cambios en el periodonto con fuerzas ortodonticas ligeras

Cambios Ocurridos En
Ortodoncicas Ligeras
El
Periodonto
Al
Aplicar
Fuerzas
CLAUDIA ARIZA, PAOLA HERNÁNDEZ, LILIANA OTERO
Varios estudios han investigado la microvasculatura del ligamento
periodontal y su relación con la fuerza ortodóntica. Se he reportado
que la presión ortodóntica óptima corresponde a 20 – 25 g/cm
cuadrado o bajo 80 g/cm cuadrado. En un estudio experimental en
ratas, se pretendió observar los cambios en el periodonto de ratas
con diferentes fuerzas ortodónticas ligeras de 1.2, 3.6, 6.5 y 10 gf,
basándose en estudios previos donde se estableció que el promedio
de fuerza para estos animales era de 10 gf. Estas fuerzas fueron
aplicadas por un período de 14 días. Los resultados obtenidos fueron
que independientemente de la fuerza aplicada el desplazamiento fue
de 0.2 mm sin diferencias significativas entre los grupos durante las
primeras 56 horas. Muchos autores han reportado 0.1 mm de ancho
del LP en ratas. El movimiento fue 0.2 mm en las primeras 56 horas
en el estudio, lo que puede ser explicado por modificaciones visco
elásticas aplicadas al LP. En el grupo de 1.2, el desplazamiento del
diente, fue mas rápida en las primeras 56 horas luego decreció en
forma gradual y constante hasta el día 14. Los cambios menores en
la tasa de desplazamiento del diente medidas cada 56 horas,
sugerían medidas similares en todos los grupos de estudio. Estos
datos demostraban que existían dos fases en el movimiento del
diente en el grupo experimental: una inclinación inicial del diente
debido a la compresión del LP, seguido por una rata ligera de
movimiento para el resto del período experimental.
En una visión histológica, a los 7 y 14 se observó una reabsorción con
presencia de osteoclastos en la superficie del hueso alveolar en el
lado de presión sin hialinización. Se consideró que el movimiento
dental debido a fuerzas fuertes puede ser dividido en tres etapas:
Cambios visco elásticos en el LP y distracción del hueso alveolar en
pocos días, seguido por un período en que los movimientos se
enlentecen con hialinización en el LP, y finalmente una etapa en la
que el diente se mueve progresivamente con poca reabsorción ósea.
El movimiento del diente es inducido por fuerzas ligeras con aparatos
que producen movimientos similares a los fisiológicos. Los
movimientos son claramente diferentes cuando se aplican fuerzas
fuertes.
Ninguno de los grupos mostró movimientos similares a la teoría
tradicional de las tres fases en la cual la segunda fase consiste en una
disminución o cese de movimiento por 1 a 2 semanas. La magnitud
de la fuerza no es el único componente que determina la rata de
desplazamiento del diente. En ningún grupo se observó proceso de
hialinización. Los movimientos encontrados en los dientes en estudio
pueden deberse a la alternación entre dos fases: una en la que el LP
es comprimido y las raíces quedan adyacentes al hueso alveolar, y la
fase en la que la reabsorción ósea recupera el ancho del espacio del
LP. La compresión del LP, la existencia de tejido de hialinización y la
reabsorción ósea en el lado de presión, puede regular el grado de
desplazamiento dental. Las fibras colágenas, y las oxitalánicas, el
hueso alveolar en el lado de tensión pueden limitar el grado de
desplazamiento dental. 1
CORRIENTES ELECTRICAS EN EL MOVIMIENTO ORTODONTICO
El remodelado óseo ocurre, durante el tratamiento ortodóntico, por
fuerzas mecánicas. Otros agentes químicos y físicos son capaces de
estimular a las células óseas a realizar diversas funciones.
La
activación celular ocurre a través de la membrana, en la cual ocurre
un flujo de iónes como el calcio, magnesio, sodio, potasio, cloro y
fosfato inorgánico. También interviene la activación de las enzimas
de adhesión adenil ciclasa y guanil ciclasa. En la membrana estas
enzimas actúan en sus respectivos sustratos: adenosín difosfato ATP
y guanosín trifosfato GTP para producir adenosín 3’ y 5’ monofosfato
cíclico AMPc, y guanosín 3’ y 5’ monofosfato cíclico, GMPc. Estas
sustancias junto con el calcio son segundos mensajeros intracelulares
que median los efectos de los estímulos externos a sus células
blanco.
Todas estas sustancias sirven como cofactores en las
reacciones enzimáticas de fosforilación.
Existe evidencia que demuestra que los nucleótidos cíclicos están
involucrados en el remodelado óseo donde intervienen hormonas
como la hormona paratiroidea y la calcitonina. Estudios previos
realizados por Davidivitch, en la cual encontraron niveles de AMPc
reducidos inicialmente, seguidos por un incremento gradual; el
promedio de este incremento significó que las fuerzas mecánicas no
son activadores celulares óptimos. Lo anterior concluye que deben
utilizarse otro tipo de agentes que activen las células como la
vitamina C, la hormona paratiroidea y el calor. Fukada y Yasuda,
utilizaron la electricidad para aumentar el movimiento dental. Se ha
demostrado que en el lado negativo (cátodo) se logra aposición ósea
con corrientes entre 5 a 20 microamperios, mientras que en el lado
positivo (ánodo), se logra reabsorción.
A nivel celular, estas
corrientes intervienen en el flujo de calcio, sodio y AMPc.
1
CONO, T. MATSUMOTO, Y. KANNO,Z. WARITA, H. Y SOMA K. Experimental tooth movement under
ligth orthodontic forces : rates of tooth movement and changes of the periodontium. J of Orthod.
2002;29:129-135.
Davidovitch, en 1980 realizó un estudio para determinar los niveles
de nucleótidos cíclicos utilizando corrientes eléctricas en hueso
alveolar de gatos. Se les aplicó una corriente constante de 15
microamperios por 1, 3 y 7 días. El resultado de este estudio
demostró que las corrientes eléctricas, cuando se aplican no
invasivamente en los tejidos periodontales, afecta a las células en
áreas bien delineadas opuestas al cátodo y al ánodo.
Morfológicamente la matriz de hueso se formó cerca al cátodo 7 días
después de la aplicación de la fuerza.
Bioquímicamente se
encontraron nucleótidos cíclicos 1 día después de la aplicación de la
corriente. Se observó un incremento en el número de osteoblastos.
También se observó un patrón de tinción uniforme de células en
áreas del ánodo y el cátodo. La aposición ósea encontrada fue cerca
del cátodo. La electricidad incrementa la actividad enzimática de la
fosforilación, permitiendo un proceso secretorio y sintético asociado a
remodelado óseo y del LP. Estos resultados sugieren que las
corrientes eléctricas aumentan la capacidad biológica de remodelado
óseo. 2
Las corrientes eléctricas generadas en los tejidos estresados, pueden
cargar las macromoléculas que interactúan con sitios específicos en
las membranas de las células o movilizan iones a través de las
mismas. Este fenómeno piezoeléctrico se ha observado durante el
estrés mecánico en el hueso alveolar.
Davidovitch et al realizaron un segundo estudio con el fin de
examinar la utilidad de las corrientes de 10 a 20 microamperios para
acelerar el movimiento dental en gatos y para estudiar el efecto de la
técnica combinada de corrientes y ortodoncia en cuanto a nucleótidos
cíclicos y remodelación del tejido. Los resultados que se obtuvieron
fueron que la rata de movimiento dental en gatos tratados con
fuerzas mecánicas y corrientes eléctricas fue significativamente
mayor que los que recibieron fuerza mecánica únicamente.
El
examen histológico de los tejidos involucrados reveló que el
movimiento resulto de la reabsorción del hueso en el lado de presión
en presencia del ánodo cerca del LP. No se encontró evidencia
histológica e inmunohistoquímica de los efectos de la electricidad mas
allá de 2 o 3 mm de la aplicación de esta. El grado de nueva
formación en el lado de tensión eléctricamente tratado fue mayor que
el que recibió fuerza únicamente. La respuesta celular fue mayor en
la técnica combinada. 3
2
DAVIDOVITCH, Z. FINKELSON, M. STEIGMANN, S. SHANFELD, J. MONTGOMERY, P Y
KOROSTOFF, E. Electric currents, bone remodelind, and orthodontic treatment. Am J orthod,
1980;77(1):14-31.
3
DAVIDIVITCH, Z. FINKELSON, M. STEIGMANN, S. SHANFELD, J. MONTGOMERY, P Y
KOROSTOFF, E. Electric currents, bone remodelind, and orthodontic treatment. Parte II. Aumento en la
rata de movimiento dental y niveles de nucleótidos cíclicos mediante combinación de fuerza y corrientes
eléctricas. Am J orthod, 1980;77(1):36-47.
Introducción
Existe un punto de vista muy popular en el que se cree que las
fuerzas ortodónticas producen perturbaciones del hueso alveolar
alrededor del diente.
Existen cambios transitorios, alrededor,
mediados por los cambios en la membrana celular los cuales pueden
ser expresados fisiológicamente como remodelado óseo debido a un
esfuerzo resistido en forma óptima (ley de Wolf). 4, 5 , 6
Las áreas cargadas negativamente han sido consideradas promotoras
de aposición ósea.
Las áreas cargadas positivamente han sido
descritas como sitios de menor hueso. 7,8
Hasta este momento, para una buena aplicación o inducción de
corrientes y voltajes se han descrito áreas anatómicas, en las cuales
se puede promover la actividad celular y el recambio óseo, limitando
la proporción del movimiento dental. 9,10
Alternativamente, se puede ser capaz de promover la retención del
diente en sus nuevas posiciones por una desaceleración de recambio
óseo inducida eléctricamente. Esta continua aplicación directa de
corriente o inducción de corriente en hueso puede tener resultados
eficaces en el control del movimiento dental.
Biofísica descriptiva y biología molecular
Dos tipos de señales eléctricas han sido descritas como las que
activan el hueso endógenamente. El primer conocimiento en la
literatura dental es el potencial
generado por fuerzas
tensiónales. 11, 12 , 13
4
DeAngelis, V.,Observations on the response of alveolar bone to orthodontic forces, Am. J. Orthod., 58,
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5
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6
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7
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8
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9
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10
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11
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12
. Shamos, M. H., Lavine, L. S., and Shamos, M. l., Piezoelectric effect in boDe, Nature, 197,81, 1963.
13
Bassett, C. A. L., Review: biological significance of piezoelectricity. Calcif. Tissue Res., 1, 252, 1968.
Las áreas eléctricamente positivas son aquellas en donde aumenta la
tensión y el lado eléctricamente negativo es localizado en el lado de
compresión.4, 5, 9, 11,12
Estudios sobre el origen de esta señal han determinado claramente
que los potenciales tienen su origen en el componente orgánico del
hueso con contribuciones pequeñas dadas por el componente
mineral.8
Cuando el componente orgánico de hueso fue interrumpido o
aumentado por daños químicos o físicos, la amplitud de voltaje varía
con la cantidad de enlaces cruzados de colágeno. 13,14,15,16
El origen físico de este potencial generado por deformación mecánica
de la estructura cristalina de hidroxiapatita y de la estructura del
colágeno de apariencia cristalina inducen migración de electrones que
generan campos eléctricos locales este fenómeno se denomina
piezoelectricidad. Estas señales desaparecen con rapidez aun cuando
se mantenga la fuerza. Cuando se quita la fuerza y la estructura
cristalina retorna a su forma original, se produce un flujo inverso de
electrones. La actividad rítmica causa un flujo rítmico de electrones
en ambas direcciones. Las células son sensibles a estos potenciales
generados por la tensión (efecto piezoeléctrico). Se supone que la
curvatura del hueso puede crear campos negativos en la cara
cóncava de la superficie ósea, lo cual lleva a que se produzca el
depósito. Este parece ser el curso de los potenciales descritos en
hueso seco.16
Algunos autores han usado el dato derivado desde bancos de pruebas
sobre modelos de elementos finitos de fémur o mandíbulas para
predecir los cambios morfológicos que se pueden esperar con fuerzas
de tensión ortopédicas aplicadas sobre el hueso. 18,19,20
Cuando hay salinidad fisiológica, los iones en esta solución
interactúan con el complejo superficial sobre la superficie tensionada,
causando diminutos cambios eléctricos y térmicos . 21,22
11
. Pollack, S. R., Bioelectric properties of boDe: endogenous electrical signals, Orthop. Clin. N.A., 15,3,
1984.
12
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13
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15
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16
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18
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19
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20
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21
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physiólogically moist boDe, J. Biomech., 15,277, 1982.
Se ha sugerido que los iones de los líquidos que rodean el hueso vivo
interactúan con los campos eléctricos generados cuando se flexiona el
hueso. Esta corrientes de bajo voltaje se denominan potenciales de
flujo. En sus experimentos in vivo Zengo y col (1973)2 observaron los
potenciales eléctricos más altos en la superficie del esmalte del diente
movido, menores en el cemento y en la dentina y mucho menores en
el hueso alveolar. Al mismo tiempo, el efecto bioeléctrico pudo
observarse en la encía, así como en los dientes proximales y sus
tejidos de sostén.
Algunas observaciones recientes han demostrado que las señales
bioeléctricas pueden ser generadas no sólo por la deformación ósea
sino también por la tensión. Así, los experimentos in vivo de Roberts
y col. (1981) 23 han revelado que se crea un campo eléctrico negativo
en áreas donde se ensancha el ligamento periodontal.
Los informes sobre cambios óseos originados por corrientes eléctricas
han conducido a la aplicación local de corrientes eléctricas débiles en
procedimientos terapéuticos durante la cicatrización de fracturas
óseas. Los resultados del tratamiento fueron buenos. 24,27
Se han obtenido resultados variables con la aplicación de corrientes
eléctricas
débiles
combinadas
con
movimientos
dentarios
experimentales en gatos. 25,26 . En estos experimentos se asume que
la corriente eléctrica el ánodo puede ayudar en la reabsorción de
hueso y promueve el movimiento dental, en el cátodo se aumenta la
deposición ósea. Las técnicas inmunohistoquímicas, las medidas
físicas del movimiento dental fueron
usadas para evaluar la
efectividad del tratamiento. Los datos indican que la perturbación en
los tejidos eléctricos aumenta la remodelación ósea, un concomitante
aumento en la velocidad del movimiento dental, y actividad del tejido
periodontal las concentraciones de nucleótidos son comparadas con
grupos control por 2 semanas en el periodo de experimentación. Ellos
encontraron que inicialmente hubo una respuesta acelerada por la
electricidad mas la aplicación de la fuerza ortodóncica, pero esto no
es mantenido durante todo el tiempo.
En otros experimentos se aplicaron en campos de impulsos
electromagnéticos (PEMF) fuerzas ortodóncicas en cerdos guinea por
un periodo de 10 días, los investigadores observaron un pequeño
incremento en el movimiento dental en el grupo tratado con
corrientes eléctricas. Aunque se ha informado aceleración
del
22
Pienkowski, D. and Pollack, S. R., The effect of fluids on stress-generated potential in boDe, Trqns.
Soco Biomater., 4,107,1981.
23
Roberts WE, Chase DC: Kinetics of cell proliferation and migration associated with othodonticallyinduced osteogenesis, J Den Res 60: 174, 1960.
24
Marino AA: Electrical stimulation in orthopedics: past, present and future, J Bioelect 3:235, 1984.
25
Beeson DC, Johnston LE, Witozky J: Effect of constant currentes on orthodontic tooth movement in
the cat, J Dent Res 54: 251, 1975.
26
Davidovitch, Z., Finkelson, M. D., Steigman, S., Shanfeld, J. L., Montgomery, P. C., and Korostoff, E.,
Electric currents, bone remodelling and orthodontic tooth movements. II. Increase in rate of tooth
movement and periodontal cyclic nucleotide levels of combined force and electric current, Am. J.
Orthod., 77,33,1980.
movimiento dentario, no parece haber registros sobre el uso del
método
en el tratamiento terapéutico de pacientes. No debe
descartarse la posibilidad de que aparezcan efectos no deseados.
Algunos investigadores han llegado a conclusiones muy divergentes
respecto de los estímulos requeridos para producir deformación ósea.
Al realizar un experimento con 99 ratas Baumrind concluyó que la
“deflexión ósea puede ser producida por fuerzas menores que las
requeridas para generar cambios importantes en el ancho del
ligamento periodontal”. 27
Por el contrario, Murphy con la técnica de la oxitetraciclina
microfluorescente, no observó flexión del hueso alveolar durante la
retracción de los dientes en monos. 28
Es obvio que la deflexión de la delgada cortical ósea se produce con
frecuencia durante el tratamiento, aunque en la mayor parte de los
casos las paredes óseas deformadas tienden a volver a sus posiciones
originales como consecuencia de la elasticidad del hueso y de la
contracción de las fibras tan pronto como la resorción haya creado
un espacio. 29
En estos estudios también se incluyeron los cambios iniciales en el
ligamento periodontal. Baumrind y Buck 30 investigaron los cambios
en el periodonto de la rata en periodos de hasta de 72 días
inyectando precursores radiactivos marcadores de elementos
celulares individuales y del tejido conectivo a investigar entre ellos la
timidina tritiada para observar la reproducción celular manifestada
por la presencia de ácido ácido (DNA), uridina tritiada para evaluar el
ácido ácido (RNA) y prolina tritiada para observar la formación del
colágeno.
Los hallazgos autoradiográficos indicaron un aumento
significativo en la división celular adyacente a las raíces de los dientes
control, no desplazados. La síntesis del colágeno pareció disminuir en
las áreas adyacentes a los dientes en experimentación. Sobre el
lado de presión se incrementó el número de células marcadas de
modo bastante similar a las ubicadas sobre el lado de tensión. Se
sugirió que los mayores cambios fisiológicos y mecánicos podrían
producirse no en el ligamento periodontal sino en el hueso alveolar.
Por otra parte, ambos conducción y conversión de corrientes pueden
ser discernidas en el fluido extracelular de hueso húmedo sometido a
fuerzas de tensión.
Los diminutos voltajes medidos en estado
constante resultan se los fenómenos conocidos como potenciales
corrientosos.21,31
27
Baumrind S: A reconsideration of the propriety of the “pressure-tension” hypothesis, Am J Orthod
55:12, 1969.
28
Murphy WH: Oxitetracycline microfluorescent comparison of orthodontic retraction into recent and
healed extraction sites, Am J Orthod 58: 215, 1970.
29
Reitan K, Kvam E: Comparative behavior of human and animal tissue during experimental tooth
movement, Angle Orthod 41:1, 1971.
30
Baumrind S, Buck DL: Rate changes in cell replication and protein synthesis in the periodontal
ligament incident to tooth movement, Am J Orthod 57: 109, 1970.
31
Grodzinsky, A., Electromechanical and physicochemical properties of connective tissue, Crit. Rev.
Biomed. Eng., 9(2),133,1983.
La amplitud de este potencial varía con la viscosidad y conductividad
del fluido. Las propiedades físico-químicas del fluido extracelular, el
estado del espacio extracelular, y los enlaces
cruzados de los
componentes orgánicos del hueso pueden ser la clave para el
entendimiento de los fenómenos biofísicos.31
El segundo tipo de señal eléctrica endógena que surge en hueso es el
estado constante el cual ha sido llamado potencial eléctrico.
32,33,34,35,36
Cuando un hueso el sitio de crecimiento activo (como una lámina de
crecimiento) o reparación activa (como en la cicatrización de una
fractura), los potenciales bioeléctricos son relativamente negativos.
También hay áreas neutrales. Los tejidos duros son metabólicamente
activos o las células del tejido conectivo producen cargas
electronegativas generalmente en proporción con sus estados de
actividad. Por lo tanto el callo de una fractura reciente, tiene un alto
potencial electronegativo. La función fisiológica de esta señal no es
muy bien entendida. Esta puede ser una respuesta al inicio de la
migración celular, proliferación, y/o diferenciación o esta puede se
producida por el incremento de actividad celular concentrada. 37
El mecanismo de acción de estos tejidos es generado por un
fenómeno eléctrico es complejo y es el tema que continua
investigándose.
Hasta este momento aparentemente hay tres
eventos: dos fuerzas tensionales generadas y una relacionada
actividad metabólica concentrada. Además señales eléctricas,
similares a las generadas in vivo, varios modelos de cultivos celulares
han mostrado que los niveles de cAMP y fosforilación de proteínas
oncogenas pueden ser mediadores. 38,39,40,41
La transitoria modificación de proteínas reguladoras parece jugar un
papel en algunos tejidos. Otros datos muestran un trasmembrana de
la cual fluye calcio puede ser un factor clave en la activación de las
células del citoesqueleto. 42,43
32
Becker, R. O., The bioelectric factors in amphibian limb regeneration, J. Bone Jt. Surg., 43A, 643,
1961.
Friedenberg, Z. B. and Brighton, C. T., Bioelectric potentials in boDe, J. Bone Jt. Surg., 48A, 915,
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34
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35
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36
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41
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33
Un tipo de señal que ha sido mostrado para inhibir la hormona
paratiroidea (PTH)-estimulada es la unión de el sistema adenilatociclasa. El campo del impulso electromagnético (PEMF) puede inhibir
la habilidad de la PTH para incrementar en la membrana celular la
permeabilidad o estas asociaciones iónicas.
La aplicación de la
corriente eléctrica puede disminuir la habilidad de las hormonas de
unirse a la adenilato-ciclasa causando una disminución en cAMP. Las
perturbaciones eléctricas pueden tener este efecto sobre receptores
de la membrana celular y/o sus reguladores de permeabilidad.
Es bien sabido que el mantenimiento de la estructura ósea depende
del ejercicio. 44,45
Conclusiones
El movimiento dental aparentemente es generado por corrientes
piezoeléctricas que se desencadenan al aplicar una fuerza ortodóncica
in vivo. La fuerza mecánica genera potenciales que son observados
en las interfases de la superficie mediante pequeños cambios en las
presiones
hemodinámicas e hidrodinámicas del ligamento
periodontal. Estas presiones pueden jugar un papel muy importante
en la homeostasis del hueso porque son las responsables de la
reabsorción y aposición tisular que ocurre durante el movimiento
dental. Sin embargo la función biológica de estas corrientes, aún se
desconoce.
43
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44
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