Prace przeglądowe / Reviews Orthodontic tooth movement (OTM) – four levels of changes in the tooth socket osseous tissue...

Orthodontic tooth movement (OTM) – four levels of changes in the tooth socket osseous tissue part 2 – review of the literature

Ortodontyczne przemieszczanie zębów – cztery poziomy zmian w tkance kostnej zębodołu cz. 2 – przegląd literatury

Agnieszka Osmólska-Bogucka1 Ewa Czochrowska2 E Małgorzata Zadurska3 E

A E F

Wkład autorów: A Plan badań B Zbieranie danych C Analiza statystyczna D Interpretacja danych E Redagowanie pracy F Wyszukiwanie piśmiennictwa

Authors’ Contribution: A Study design B Data Collection C Statistical Analysis D Data Interpretation E Manuscript Preparation F Literature Search 1,2,3

Zakład Ortodoncji, Warszawski Uniwersytet Medyczny Department of Orthodontics, Institute of Medicine and Dentistry, Medical University of Warsaw

Streszczenie

Wyjaśnienie procesów zachodzących podczas ortodontycznego przemieszczania zębów od kilkudziesięciu lat interesuje nie tylko lekarzy praktyków, ale także naukowców. Na początku badacze opisywali zmiany stwierdzane klinicznie, następnie zainteresowanie wzbudzało wyjaśnienie procesu przesuwania zębów pod wpływem przyłożonej siły na poziomie tkankowym i komórkowym. Obecne badania prowadzi się na poziomie molekularnym.

Abstract

For years, clinicians as well as scientists have been focusing on explanation of the processes occurring during orthodontic tooth movement. Initially, scientists described observed clinical changes and later they became interested in the explanation of the process of tooth movement induced by a force applied at the tissue and cellular levels. Current research is conducted at the molecular level. The purpose of this paper is to present the current knowledge concerning

lek. dent., specjalista ortodonta / DDS, specialist in orthodontics dr n. med., adiunkt / DDS, Ph.D. specialist in orthodontics 3 dr hab. n. med., kierownik Zakładu Ortodoncji / DDS, Ph.D. Associated Professor, Head of the Department of Orthodontics 1 2

Dane do korespondencji/correspondence address: Zakład Ortodoncji, Warszawski Uniwersytet Medyczny ul. Nowogrodzka 59 02-005 Warszawa e-mail: [email protected]

ForumOrthodontic Ortodontyczneforum

259

Prace przeglądowe / Reviews A. Osmólska – Bogucka, E. Czochrowska et. al



Celem artykułu jest przedstawienie aktualnej wiedzy dotyczącej zmian zachodzących w tkankach otaczających ząb oraz przegląd markerów stosowanych do oceny ortodontycznego przemieszczania zębów. W pracy przedstawiono podział markerów na występujące w strefie pociągania oraz w strefie nacisku w obrębie tkanki kostnej zębodołu. Omówiono udział: TF-Cbfa1, TGF β, BMP, androgenów, GH, osteokalcyny, leptyny, SOST, katepsyny K, IL-1 β, IL-6, IL-11, RANK/RANKL, TNF/R, PTH, OPG, testosteronu, bisfosfonianów, estrogenów, witaminy D, CGRP, mieloperoksydazy, fosfatazy alkalicznej, dehydrogenazy mleczanowej, aminotransferazy asparaginowej. Część trzecia artykułu będzie uwzględniała zmiany zachodzące na powierzchni cementu korzeniowego w trakcie ortodontycznego przesuwania zębów. Osmólska-Bogucka A, Czochrowska E, Zadurska M. Ortodontyczne przemieszczanie zębów – cztery poziomy zmian w tkance kostnej zębodołu cz. 2 – przegląd literatury. Forum Ortod 2013; 9: 259-66). Nadesłano 10.11.2013 Przyjęto do druku 3.12.2013

changes taking place in tissues adjacent to a tooth and to describe markers applied for the evaluation of orthodontic tooth movement. The classification of markers inludes markers present in the tension zone and those present in the pressure zone of the alveolar process. The role of TF– Cbfa 1, TGF β, BMP, androgens, GH, osteocalcin, leptin, SOST, cathepsin K, IL-1β, IL-6, IL-11, RANK/RANKL, TNF/R, PTH, OPG, testosterone, bisphosphonates, estrogens, vitamin D, CGRP, myeloperoxidase, alkaline phosphatase, lactate dehydrogenase, and asparaginian aminotranspherase has been discussed. Section three of this paper includes changes which take place on the cementum surface during the orthodontic tooth movement. Osmólska-Bogucka A, Czochrowska E, Zadurska M. Orthodontic tooth movement (OTM) – four levels of changes in the tooth socket osseous tissue part 2 – review of the literature. Orthod Forum 2013; 9: 259-66). Received 10.11.2013 Accepted 3.12.2013

Wprowadzenie

Introduction

Słowa kluczowe: ortodontyczne przemieszczanie zębów, markery, kość wyrostka zębodołowego

Przebudowa tkanki kostnej w obrębie zębodołu trwa przez całe życie i jest ona możliwa między innymi na skutek aktywności trzech typów komórek: osteocytów, osteoblastów oraz osteoklastów. Osteoblasty pojawiają się w miejscu formowania się nowej kości w wyniku wzrostu stężenia enzymu fosfatazy alkalicznej (1). Główną funkcją tych komórek jest produkcja macierzy zewnątrzkomórkowej kości, a także udział w procesie jej mineralizacji. Różnicują się one również w kierunku osteocytów, które znajdują się w zmineralizowanej części kości, a poprzez wypustki cytoplazmatyczne przekazują sygnały takim komórkom, jak osteoblasty i inne osteocyty (2). Regulują także przemianę mineralną kości oraz wymianę substancji odżywczych. Osteoblasty, osteocyty i komórki zrębu szpiku kostnego wpływają na różnicowanie osteoklastów, a także pobudzają dojrzałe komórki do resorpcji kości przez wydzielanie cytokin, między innymi takich jak RANKL (ligand dla receptora stymulującego jądrowy czynnik kappaB) i M-CSF – czynnik stymulujący kolonizację makrofagów (3, 4). Kontrola na poziomie autokrynnym (w samej komórce produkującej cytokiny), parakrynnym (w otoczeniu komórki produkującej cytokiny) i endokrynnym (w narządach oddalonych od komórki produkującej cytokiny) osteoblastów, osteocytów i osteoklastów odgrywa istotną rolę w utrzymywaniu ciągłej przemiany tkanki kostnej, a także w przebudowie tkanek przyzębia podczas ortodontycznego przesuwania zębów. W trakcie przemieszczania zęba dochodzi do przeniesienia siły mechanicznej wytwarzanej przez aparaty ortodontyczne

Key words: orthodontic tooth movement, markers, alveolar bone

Remodelling of the osseous tissue in the alveolar socket takes place during a lifetime. Such remodelling is possible due to activity of three types of cells: osteocytes, osteoblasts, and osteoclasts. Osteoblasts appear in the site, where new bone is formed as a result of an increase in concentration of the alkaline phosphatase enzyme (1). The principal function of those cells is the production of an extracellular bone matrix as well as participation in the mineralization process. They also differentiate towards osteocytes that are present in the mineralized part of the bone and through cytoplasmic processes, they transmit signals to such cells as osteoblasts and other osteocytes (2). They also regulate mineral bone metabolism and the exchange of nutritive substances. Osteoblasts, osteocytes and bone marrow stroma cells affect the differentiation of osteoclasts, and stimulate bone resorption in mature cells by releasing cytokines such as RANKL (Receptor Activator of Nuclear Factor Kappa B Ligand) and M-CSF (Macrophage Colonization Stimulating Factor) (3,4). The control of osteoblasts, osteocytes, and osteoclasts on the autocrine (intracellular cytokine secretion), paracrine (extracellular cytokine secretion) and endocrine (at organs distant from the place where there are cells producing cytokines) levels plays a role in the maintenance of continuous remodelling of the osseous tissue as well as in the remodelling of periodontal tissues during orthodontic tooth movement. Mechanical force produced by an orthodontic appliance during tooth movement initiates biological reaction in the

ForumOrthodontic Ortodontyczneforum

260

Prace przeglądowe / Reviews Orthodontic tooth movement (OTM) – four levels of changes in the tooth socket osseous tissue... i zapoczątkowania reakcji biologicznej w obrębie tkanek przyzębia, które otaczają ząb. Zmiany zachodzące w tkankach periodontium mogą być rozpatrywane na czterech poziomach: klinicznym, tkankowym, komórkowym oraz molekularnym.

Pierwszy i drugi poziom ortodontycznego przemieszczania zębów – charakterystyka zmian klinicznych i tkankowych Według klasycznej teorii przemieszczania ortodontycznego zębów w obrębie tkanek zębodołu to działająca siła doprowadza do powstania dwóch rejonów różnicowania komórkowego. Pierwszy, nazywany jest strefą nacisku, drugi – pociągania (5, 6). W wyniku przesunięcia zęba w zębodole dochodzi do poszerzenia się szpary ozębnej w strefie pociągania, a jej zmniejszenia – w strefie nacisku. Współtowarzyszą temu procesy przebudowy włókien ozębnej wyrostka zębodołowego, a także powierzchni korzenia zęba. Sandstedt i Oppenheim (7, 8) stwierdzili w swoich badaniach, że w rejonie nacisku w preparatach histologicznych występują słabo widoczne światła naczyń włosowatych i nieuporządkowane włókna ozębnowe. Zmniejsza się również liczba komórek, między innymi w wyniku ograniczonego przepływu krwi przez naczynia, a na powierzchni kości zębodołu obecne są osteoklasty. Obraz histologiczny strefy pociągania wykazuje szerokie światła naczyń, uporządkowany przebieg włókien ozębnej, na powierzchni kości zębodołu widoczne są osteoblasty, natomiast na powierzchni korzenia znajdują się cementoblasty i fibroblasty. Klinicznie można zaobserwować wzrost ruchomości zębów (2). Reitan (6, 9) w roku 1951 i 1960 opisał w swoich badaniach obszary martwicy szklistej (hialinizacji) jako obszary, w obrębie których zanikają jądra komórkowe, a także jest utracona struktura tkankowa. Miejsca hialinizacji obserwował nawet po zastosowaniu minimalnych sił. Zauważył również, że bardziej nasilona martwica szklista występuje w obrębie zębów z krótkimi korzeniami, a najmniej nasilona jest zauważalna w trakcie przesunięć osiowych zębów. W podsumowaniu badań podaje, że zmiany związane z hialinizacją zależą do zastosowanej siły ortodontycznej przypadającej na powierzchnię przyzębia. Tak więc zmiany zachodzące w obrębie tkanek periodontium zależą od rodzaju wywołanego ruchu ortodontycznego, a także – od wielkości przyłożonej siły. Mała siła przyłożona do zęba powoduje zmniejszenie przepływu krwi przez naczynia, natomiast duża siła może całkowicie zamknąć przepływ krwi w ozębnej. Po zastosowaniu małej siły pierwsze komórki prowadzące do przebudowy blaszki zbitej zębodołu pochodzą z ozębnej i dochodzi do tzw. resorpcji czołowej – bezpośredniej (3). Natomiast jeśli siła działająca na ząb jest duża i doprowadza do obliteracji naczyń, natomiast szerokość szpary ozębnej zmniejsza się poniżej jednej trzeciej szerokości początkowej, wówczas dochodzi do powstania martwicy jałowej (szklistej). Ponieważ komórki w ozębnej zostają uciśnięte, tkanka martwicza jest resorbowana dzięki komórkom napływającym z przestrzeni szpikowych (4). Ten rodzaj martwicy jest określany jako podminowująca lub pośrednia.

periodontal tissues. Changes which take place in periodontal tissues may be analyzed on four levels: clinical, tissue, cellular and molecular. The first and the second level of orthodontic tooth movement – a description of clinical and tissue changes According to the classical theory of orthodontic tooth movement, an active force exerted in the alveolar bone induces formation of two areas of cell differentiation. The first area is called the pressure zone and the other – the tension zone (5,6). As a result of tooth displacement in the alveolus, the periodontal ligament space is widened in the tension site and decreased in the pressure zone. This is accompanied by the remodelling of periodontal fibres at the alveolar bone and at the root surfaces. Sandstedt and Oppenheim (7,8) reported, that at the pressure site in histological specimens are present poorly visible diameters of capillary vessels,and chaotically distributed periodontal fibres, also the amount of cells is decreased as a result of a decreased blood flow and osteoclasts are seen on the surface of the alveolar bone. A histological evaluation of the tension site shows wide diameters of capillary vessels, regular distribution of periodontal fibres, visible osteoblasts on the alveolar bone surface and cementoblasts and fibroblasts on the root surface. Clinically, an increase in tooth mobility can be observed (2). In 1951 and 1960, Reitan (6,9) described hyalinisation areas as those in which cell nuclei undergo atrophy and tissue structure is lost. He observed hyalinisation sites even after exerting minimum forces and noticed, that a more advanced hyalinisation occurs in teeth with short roots and the least intense is visible during axial tooth movement. In the summary, he stated, that hyalinisation-related changes depend on the orthodontic force exerted on the periodontal surface. Therefore, changes which take place in periodontal tissues depend on the type of orthodontic tooth movement and on the acting force. A light force acting on a tooth results in a decrease of a blood flow in vessels, while a high force may cause a cessation of a blood flow in the periodontium. After exerting a light force, the first cells inducing remodelling of the lamina dura of a tooth socket originate from the periodontium and so-called frontal (direct) resorption is observed (3). However, when the force exerted on a tooth is heavy and causes vascular obliteration, and the width of the periodontal ligament space decreases to less than one third of its original width, so-called aseptic necrosis (hyaline) is produced. Since the cells in the periodontium are compressed, necrotic tissue is resorbed by cells coming from medullary spaces (4). This type of necrosis is described as undermining or indirect resorption.

ForumOrthodontic Ortodontyczneforum

261

Prace przeglądowe / Reviews A. Osmólska – Bogucka, E. Czochrowska et. al



Trzeci poziom ortodontycznego przemieszczania zębów – charakterystyka zmian komórkowych W pierwszym etapie, w ciągu kilku pierwszych godzin działania siły ortodontycznej, dochodzi do powstania ostrego stanu zapalnego, w czasie którego leukocyty migrują z naczyń włosowatych. Leukocyty, wydzielając cytokiny działają na komórki docelowe, które uwalniają lub produkują prostaglandyny, czynniki wzrostu, cytokiny itp. Najpóźniej po dwóch dniach ostry stan zapalny przechodzi w przewlekły – pojawiają się wówczas takie komórki, jak: fibroblasty, komórki śródbłonka, osteoblasty, a także komórki pochodzące ze szpiku kostnego. Zapalenie przewlekłe trwa do czasu ponownej aktywacji aparatu ortodontycznego (5). W wyniku resorpcji uciśniętych tkanek kości zębodołu dochodzi do przesuwania się zęba poza szerokość szpary ozębnej.

Czwarty poziom ortodontycznego przemieszczania zębów – charakterystyka zmian molekularnych Zmiany zachodzące w periodontuim możemy zaobserwować na podstawie analizy płynu szczeliny dziąsłowej (GCF), składu śliny oraz pobranych próbek tkanek. GCF jest wysiękiem (4) tkanek śródmiąższowych, który powstaje w wyniku gradientu osmotycznego (10). Szybkość przepływu płynu szczeliny dziąsłowej wynosi ok. 3 μl na godzinę, a w wyniku toczącego się stanu zapalnego może się zwiększyć nawet do 44 μl na godzinę (11). Płyn dziąsłowy zawiera w swoim składzie złuszczone komórki nabłonka, bakterie oraz produkty ich rozpadu, a także komórki takie jak: leukocyty, granulocyty obojętnochłonne, makrofagi. Są w nim obecne również immunoglobuliny IgG, IgA, IgM (4). Skład GCF w znacznym stopniu zależy od stanu otaczających tkanek przyzębia. Od wielu lat prowadzi się badania, które w płynie GCF pozwoliłyby znaleźć marker przesunięć zębów, co umożliwiłoby lepsze zrozumienie procesów tkankowych, komórkowych i molekularnych zachodzących w trakcie leczenia ortodontycznego. Perinetti i wsp. (12) przeanalizowali w swojej pracy dostępne badania opisujące skład płynu szczeliny dziąsłowej w trakcie leczenia ortodontycznego. Wysnuli wniosek, że GCF jest niezawodnym wskaźnikiem mediatorów ortodontycznego przemieszczania zębów. Markery przebudowy kości wyrostka zębodołowego można podzielić na markery związane z nowotworzeniem kości oraz na markery związane z resorpcją kości (tab. 1). W trakcie ortodontycznego przemieszczania zębów w strefie nacisku resorpcja kości wyrostka zębodołowego może być pobudzana przez: IL-1β (interleukina 1β), OPG (osteoprotegeryna), katepsyna K, IL-6 (interleukina 6), IL-11 (interleukina 11), RANK/RANKL (receptor stymulujący jądrowy czynnik kappa-B oraz ligand dla receptora stymulującego jądrowy czynnik kappa-B ), TNF/R (czynnik martwicy nowotworu oraz receptor dla czynnika martwicy nowotworu), CSF-1 (czynnik stymulujący kolonizację – 1), PTH (parathormon).

The third level of orthodontic tooth movement – a description of cellular changes In the first stage of orthodontic force application, an acute inflammation takes place during which leukocytes migrate from capillary vessels. Leukocytes, affect target cells by secreting cytokines, which release or produce prostaglandins, growth factors as well as cytokines, etc. After maximum of two days, acute inflammation transforms into a chronic inflammation; cells such as fibroblasts, endothelium cells, osteoblasts as well as myelogenous cells are then seen. Chronic inflammation lasts until another activation of an orthodontic appliance (5). Compressed alveolar bone tissues results in a tooth movement exciding the width of the periodontal ligament space.

The fourth level of orthodontic tooth movement – a description of molecular changes Changes taking place in the periodontium can be observed when analyzing the gingival crevicular fluid (GCF), saliva composition and collected tissue samples. The GFC is an exudate (4) of interstitial tissues that is produced as a result of an osmotic gradient (10). Gingival crevicular fluid flows with the rate of ca 3 μL per hour, whereas it may increase to even 44 μL per hour (11) as a result of active inflammation. Components of gingival crevicular fluid include desquamated epidermal cells, bacteria, and products of their decomposition as well as such cells as leukocytes, neutrophils, and macrophages. IgG, IgA and IgM immunoglobulins are also present in said fluid (4). The composition of the GCF depends, to a considerable extent, on the condition of surrounding periodontal tissues. For many years studies were performed on finding in the GCF fluid a marker of tooth movement, which would enable a better understanding of tissue-related, cellular and molecular processes which occur during orthodontic treatment. Perinetti et al. (12) analysed the results of studies on the composition of gingival crevicular fluid in the course of orthodontic tooth movement. They concluded, that GFC is an viable indicator for mediators of orthodontic tooth movement. Markers of the alveolar bone remodelling may be grouped into markers related to new bone formation and those related to bone resorption (Table 1). During orthodontic tooth movement bone resorption in the pressure zone may be stimulated by IL-1β (interleukin 1β), OPG (osteoprotegerin), cathepsin K, IL-6 (interleukin 6), IL-11 (interleukin 11), RANK/RANKL (receptor stimulating nuclear factor kappa- B and ligand for the receptor stimulating nuclear factor kappa -B), TNF/R (tumour necrosis factor and receptor for tumour necrosis factor), CSF-1 (colonization stimulating factor – 1) and PTH (parathormone).

ForumOrthodontic Ortodontyczneforum

262

Prace przeglądowe / Reviews Orthodontic tooth movement (OTM) – four levels of changes in the tooth socket osseous tissue... Tab.1. Markery występujące w strefie pociągania i strefie nacisku w trakcie OPZ. Table1. Markers found in the tension zone and the pressure zone during OTM. Strefa pociągania / Tension zone

Strefa nacisku / Pressure zone

Pobudzanie formowania kości Stimulation of bone formation

Hamowanie formowania kości Suppression of bone formation

Pobudzanie resorbowania kości Stimulation of bone resorption

Hamowanie resorbowania kości Suppression of bone resorption

TF - Cbfa1

Osteokalcyna

Katepsyna K

Testosteron

Osteocalcin

Cathepsin K

Leptyna

IL - 1 β

TGF β

Leptin TF – Osterix

Bisfosfoniany Bisphosphonates

SOST

IL- 6

Witamina D Vitamin D

BMP

IL – 11

Estogeny Estrogens

Androgeny

RANK/RANKL

CGRP

Androgens GH

TNF/R PTH OPG

Prowadzone są również badania na temat udziału Pentraxin-3, tj. proteiny produkowanej przez komórki w odpowiedzi na sygnały zapalne (13). Ten nowy marker procesów zapalnych jest uważany za bardziej specyficzny dla powstałego stanu zapalnego niż inne pentraksyny, między innymi CRP (14). Wzrost poziomu w surowicy Pentraxin-3 zaobserwowano u pacjentów z chorobami układu sercowo-naczyniowego (13), a także potwierdzono podwyższony poziom tej proteiny w płynie szczeliny dziąsłowej w chorobach przyzębia (15). W strefie nacisku na hamowanie resorpcji tkanki kostnej mogą mieć wpływ: peptyd CGRP (związany z genem dla kalcytoniny), testosteron, estrogeny, bisfosfoniany, witamina D. W strefie pociągania w nowotworzeniu kości mogą brać udział: TF-Cbfa1 (czynnik transkrypcyjny Cbfa1), TGF β (transformujący czynnik wzrostu β), TF-Osterix (czynnik transkrypcyjny Osterix), BMP (białko morfotyczne kości), androgeny, GH (hormon wzrostu). Czynnik TF-Cbfa1 (lub Runx-2) to najwcześniejszy marker kościotworzenia, który bierze udział w kontrolowaniu różnicowania osteoblastów (16, 17, 18), na jego ekspresję może mieć wpływ BMP. Natomiast czynnik TF-Osterixz jednej strony bierze udział w formowaniu kości, a z drugiej – pobudza dojrzałe osteoblasty do uwalniania osteokalcyny (16, 17). W obszarze napięcia hamowanie nowotworzenia kości mogą powodować: osteokalcyna, leptyna, SOST, czyli gen kodujący wytwarzanie białka dla sklerostyny (19). Leptyna pobudza dojrzewanie osteoblastów, a hamuje różnicowanie

Participation of Pentraxin-3, a protein produced by cells in response to inflammatory signals (13) is also studied. This new marker of inflammatory processes is considered to be more specific for a newly formed inflammation than other pentraxins such as, i.a., CRP (14). An increase of Pentraxin-3 level in serum was observed in patients with cardiovascular diseases (13) and an increased level of Pentraxin-3 in the GCF was also confirmed in patients with periodontitis (15). In the pressure zone, the following factors may affect suppression of bone resorption: CGRP (calcitonin generelated peptide), testosterone, estrogens, bisphosphonates, and vitamin D. In the tension zone, the following factors may be involved: TF-Cbfa1 (transcription factor Cbfa1), TGF β (transforming growth factor β), TF–Osterix (transcription factor Osterix), BMP (bone morphogenetic protein), androgens, and GH (growth hormone). TF-Cbfa1 (or Runx-2) is the earliest bone formation marker which controls differentiation of osteoblasts (16,17,18) and its expression may be also affected by BMP. TF–Osterix participates in the alveolar bone formation but also it stimulates mature osteoblasts to release osteocalcin (16,18). In the tension zone, the following factors may suppress new bone formation: osteocalcin, leptin, SOST-gene encoding protein production for sclerostin (19). Leptin stimulates maturation of osteoblasts, and suppresses differentiation of osteoclasts (20). Sclerostin is a protein produced by

ForumOrthodontic Ortodontyczneforum

263

Prace przeglądowe / Reviews A. Osmólska – Bogucka, E. Czochrowska et. al



osteoklastów (20). Sklerostyna jest proteiną produkowaną przez osteocyty, która przez koreceptory Lrp5 i Lrp6 wpływa na białka morfogenetyczne kości. Według ostatnich badań jest to główny mechanizm wpływający na proces hamowania kościotworzenia (19). Inne enzymy – biomarkery ortodontycznego przesuwania zębów – przedstawiono w tabeli (tab. 2).

osteocytes, which affects morphogenetic bone proteins by using co-receptors Lrp5 and Lrp6. In Table 2 are shown other enzymes – biomarkers of orthodontic tooth movement (Table 2).

Tab.2. Główne enzymy wykorzystywane jako biomarkery ortodontycznego przemieszczania zębów. Table 2. Principal enzymes used as biomarkers for orthodontic tooth movement. Enzym Enzyme

Komórka uwalniająca Secreting Cell

Badany materiał Tested Material

Mieloperoksydaza Myeloperoxidase (MPO)

Leukocyty wielojądrzaste Polymorphonuclear leukocytes

Próbki śliny Saliva samples GCF

(30)

Fosfataza alkaliczna Alkaline phosphatase (ALP)

Leukocyty wielojadrzaste Polymorphonuclear leukocytes

GCF

(22) (23) (24)

Dehydrogenaza mleczanowa Lactate dehydrogenase (LDH)

Obumarłe lub obumierające komórki Dead or dying cells

GCF

(25) (26)

Aminotransferaza asparaginianowa Aspartate aminotranspherase (AST)

Obumarłe lub obumierające komórki Dead or dying cells

GCF

(27)

Przeprowadzono wiele badań mających na celu ustalenie roli fosfatazy alkalicznej w metabolizmie tkanki kostnej w trakcie ortodontycznego przemieszczania zębów. Fosfataza alkaliczna jest produkowana głównie przez neutrofile wielojądrzaste (PMN). Wysokie stężenie tego enzymu stwierdza się też w osteoblastach i proosteoblastach oraz w młodych osteocytach (21). Perinetti i wsp. (22), a także Asma i wsp. (23) badali aktywność ALP w płynie kieszeni dziąsłowej podczas ortodontycznego przemieszczania zębów. Eksperyment wykazał wzrost aktywności enzymu w miejscach strefy napięcia, w porównaniu z miejscami kompresji na przestrzeni 4 tygodni działania siły przesuwającej zęby. Autorzy uważają, że monitorowanie ekspresji fosfatazy alkalicznej w płynie przestrzeni ozębnej może być markerem tworzenia tkanki kostnej podczas ortodontycznego przemieszczania zębów. Natomiast badania Wahab (24) wykazały również statystycznie istotną różnicę stężenia fosfatazy alkalicznej ALP w pierwszym tygodniu po zastosowaniu różnych wartości sił - 100 i 150 mg. Mieloperoksydaza (MPO) jest składnikiem ziarnistości azurofilnych neutrofili wielojądrzastych. Badania Marcaccini (25) i współ. wykazały największy wzrost tego enzymu 2 godziny po aktywacji elementów aparatu ortodontycznego.

Ref.

Alkaline phosphatase (ALP) is produced mainly by neutrophils – polymorphonuclear leukocytes (PMN). A high concentration of the enzyme is found also in osteoblasts, pre-osteoblasts, and young osteocytes (21). Numerous studies were performed with the purpose of determination of the role of alkaline phosphatase in bone metabolism during orthodontic tooth movement. Perinetti et al. (22) and Asma et al. (23) examined the activity of ALP in the GCF during orthodontic tooth movement. An increase in the enzyme activity in the tension zone compared with compression zone during four weeks of active force was confirmed. The authors stated, that monitoring the ALP expression in the GCF represents a marker for bone formation during orthodontic tooth movement. However, Wahab (24) demonstrated a significant difference in the ALP concentration after application of 100 mg and 150 mg forces in the first week. Myeloperoxidase (MPO) is a component part of azurophilic granules of neutrophils – polymorphonuclear leukocytes. Marcaccini et al. (25) demonstrated, that the highest level of this the enzyme was found within two hours after activation of orthodontic appliance. Differences in the MPO concentration were observed both in the composition of the GCF and in saliva samples collected from orthodontic patients.

ForumOrthodontic Ortodontyczneforum

264

Prace przeglądowe / Reviews Orthodontic tooth movement (OTM) – four levels of changes in the tooth socket osseous tissue... Badacze zaobserwowali zmiany stężenia mieloperoksydazy zarówno w składzie płynu kieszeni dziąsłowej, jak i w próbkach śliny pacjentów leczonych ortodontycznie. Dehydrogenaza mleczanowa (LDH) jest enzymem cytoplazmatycznym uwalnianym przez komórki obumierające lub obumarłe (4). Badania Serra i wsp. (26) oraz Perinetti i wsp. (27) wykazały wzrost stężenia LDH w płynie szczeliny dziąsłowej podczas ortodontycznego przemieszczania zębów. Autorzy uważają, iż dehydrogenaza mleczanowa może być czułym biomarkerem zmian zachodzących w przyzębiu podczas ortodontycznego przemieszczania zębów. Aminotransferaza asparaginianowa (AST) to enzym cytozoliczny uwalniany przez obumarłe lub obumierające tkanki. Badania Perinetti i wsp. 2003 (28) wykazały wzrost poziomu tego enzymu podczas ortodontycznego przesuwania zębów. Ale jak wykazały badania Persson i wsp. (29) oraz Chambers i wsp. (30) stężenie AST w płynie kieszeni było skolerowane z kliniczną utratą przyczepu łącznotkankowego oraz z miejscami aktywnymi chorobowo. Przegląd literatury pokazuje, że mimo wysiłków badaczy poszukujących idealnego markera zmian zachodzących w tkankach kostnych temat pozostaje nadal otwarty.

Piśmienictwo / References 1.

Diedrich P. (red.) Ortodoncja 2, Urban&Partner, Wrocław 2000.

3.

Kobayashi Y, Udagawa N. Mechanism of alveolar bone remodelling. Clin Calcium 2007; 17: 209-16.

2.

4. 5. 6.

7. 8. 9.

Sawicki W. Histologia: podręcznik dla studentów. PZWL, Warszawa 1993: 112. Eley BM, Soory M, Manson JD. Periodontologia. Elsevier Urban&Partner, Wrocław, 2011. Proffit WR. Ortodoncja Wspłóczesna. Elsevier Urban&Partner, Wrocław 2009.

Reitan K. Tissue behavior during orthodontic tooth movement. Am J Orthod 1960; 46: 881-90.

Sandstedt C. Einige Beiträge zur Theorie der zahnregulierung Nord Tandlaeg Tidskr, 1904; 5: 236-56. Oppenheim A. Tissue changes, particularly of the bone, incident to tooth movement. Am Orthod 1911; 3: 57-67.

Reitan K. The initial tissue reaction incident to orthodontic tooth movement as related to the influence of function; an experimental histologic study on animal and human material. Acta Odontol Scand Suppl 1951; 6: 1-240.

10. Pashley DH. A mechanistic analysis of gingival fluid production. J Periodontal Res 1976; 11: 121–34.

Lactate dehydrogenase (LDH) is a cytoplasmic enzyme secreted by dying or dead cells (Eley). Serra et al. (26) and Perinetti et al. (27) demonstrated an increase in the LDH concentration in the GCF during orthodontic tooth movement. The authors concluded, that LDH may represent a sensitive marker for changes taking place in the periodontium during orthodontic tooth movement. Aspartate aminotranspherase (AST) is a cytosolic enzyme secreted by dying or dead tissues. Perinetti et al. (28) demonstrated an increase in the level of this enzyme during orthodontic tooth movement. Persson et al. (29) and Chambers et al. (30) shown, that the AST concentration in the GCF was correlated with a clinical loss of attachment and with active pathological sites. This review of the literature shows, that despite efforts to find an ideal marker of changes taking place in alveolar bone it is still a challenge for researches (19).

11. Goodson JM. Gingival crevice fluid flow. Periodontol 2000 2003; 31: 43-54.

12. Perinetti G, Primožič J, Castaldo A, Di Lenarda R, Contardo L. Is gingival crevicular fluid volume sensitive to orthodontic tooth movement? Orthod Craniofac Res 2013; 16: 1-19. 13. Gümüş P, Nizam N, Nalbantsoy A, Ozçaka O, Buduneli N. Saliva, Serum Levels of Pentraxin-3 and Interleukin-1beta in Generalised Aggressive or Chronic Periodontitis. J Periodontol 2013; 16: 1-10.

14. Dubin R, Li Y, Ix JH, Shlipak MG, Whooley M, Peralta CA. Associations of pentraxin-3 with cardiovascular events, incident heart failure, and mortality among persons with coronary heart disease: data from the Heart and Soul Study. Am Heart J 2012; 163: 274-9.

15. Pradeep AR, Kathariya R, Raghavendra NM, Sharma A. Levels of pentraxin-3 in gingival crevicular fluid and plasma in periodontal health and disease. J Periodontol 2011; 82: 734-41.

16. Masellaa RS, Meisterb M. Current concepts in the biology of orthodontic tooth movement. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2006; 129: 458-68.

17. Lee KS, Kim HJ, Li QL, Chi XZ, Ueta C, Komori T, Wozney JM, Kim EG, Choi JY, Ryoo HM, Bae SC. Runx2 is a common target of transforming growth factor beta1 and bone morphogenetic protein 2, and cooperation between Runx2 and Smad5 induces osteoblast-specific gene expression in the pluripotent mesenchymal precursor cell line C2C12. Mol Cell Biol 2000; 20: 8783-92.

ForumOrthodontic Ortodontyczneforum

265

Prace przeglądowe / Reviews A. Osmólska – Bogucka, E. Czochrowska et. al

 18. Komori T. Regulation of osteoblast differentiation by Runx2. Adv Exp Med Biol 2010; 658: 43-9.

19. Pawlak-Buś K, Leszczyński P. Sklerostyna-nowy cel terapii anabolicznej niskiej masy kostnej. Reumatologia 2010; 48: 183-7.

20. Dilsiz A, Kilic N, Aydin T. Leptin levels in gingival crevicular fluid during orthodontic tooth movement. Angle Orthod 2010; 80: 504-8.

21. Yazid MD, Zainal Ariffin SH, Senafi S, Razak MA, Megat Abdul Wahab R. Determination of the differentiation capacities of murines' primary mononucleated cells and MC3T3-E1 cells. Cancer Cell International 2010; 10: 42.

22. Perinetti G, Paolantonio M, D'Attilio M, D'Archivio D, Tripodi D, Femminella B, Festa F, Spoto G. Alkaline phosphatase activity in gingival crevicular fluid during human orthodontic tooth movement. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2002; 122: 548-56. 23. Asma AAA, Rohaya MAW, Shahrul Hisham ZA. Crevicular Alkaline Phosphatase Activity During Orthodontic Tooth Movement: Canine Retraction Stage. J Med Sci 2008; 8: 228-33.

24. Wahab R, Md Dasor M, Senafi S, Abang Abdullah AA, Yamamoto Z, Jemain AA, Zainal Ariffin SH. Crevicular alkaline phosphatase activity and rate of tooth movement of female orthodontic subjects under different continuous force applications. Int J Dent 2013; 24: 1-7.

25. Marcaccini AM, Amato PAF, Leão FV, Gerlach RF, Ferreira JTL. Myeloperoxidase activity is increased in gingival crevicular fluid and whole saliva after fixed orthodontic appliance activation. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2010; 138: 613-6. 26. Serra E, Perinetti G, D'Attilio M, Cordella C, Paolantonio M, Festa F. Lactate dehydrogenase activity in gingival crevicular fluid during orthodontic treatment. Am J Orthod Dentofac Orthop 2003; 124: 206-11. 27. Perinetti G, Serra E, Paolantonio M, Bruè C, Meo SD, Filippi MR, Festa F, Spoto G. Lactate dehydrogenase activity in human gingival crevicular fluid during orthodontic treatment: a controlled, shortterm longitudinal study. J Periodontol 2005; 76: 411-7. 28. Perinetti G, Paolantonio M, D'Attilio M, D'Archivio D, Dolci M, Femminella B, Festa F, Spoto G. Aspartate aminotransferase activity in gingival crevicular fluid during orthodontic treatment. A controlled short-term longitudinal study. J Periodontol 2003; 74: 145-52.

29. Persson GR, DeRouen TA, Page RC. Relationship between gingival crevicular fluid levels of aspartate aminotransferase and active tissue destruction in treated chronic periodontitis patients. J Periodontal Res 1990; 25: 81-7. 30. Chambers DA, Imrey PB, Cohen RL, Crawford JM, Alves ME, McSwiggin TA. A longitudinal study of aspartate aminotransferase in human gingival crevicular fluid. J Periodontal Res 1991; 26: 65-74.

ForumOrthodontic Ortodontyczneforum

266