Cambios dinámicos en el desplazamiento de los dientes y la morfometría ósea inducidos por la fuerza ortodóncica.

Scientific Reports volumen 12, número de artículo: 13672 (2022) Citar este artículo

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Este estudio utilizó un novedoso análisis 3D para evaluar longitudinalmente el movimiento dental ortodóncico (OTM) y la morfometría ósea. Se sometieron ratas Wistar macho de doce semanas de edad a OTM aplicando una fuerza ortodóncica (OF) constante de 25 cN entre uno de los primeros molares superiores y un minitornillo. Se tomaron micro-CT in vivo antes y después de 10, 17, 24 y 31 días de aplicación de fuerza, y se superpusieron mediante un método de registro novedoso y rígido basado en vóxeles. Luego, el segmento de diente y hueso alveolar en diferentes momentos se volvió comparable en el mismo sistema de coordenadas, lo que facilitó el análisis de sus cambios dinámicos en 3D. En comparación entre puntos de tiempo y entre lados OF y no OF, este estudio mostró que la tasa de OTM no era constante a lo largo del tiempo, sino que se ajustaba a un patrón de cambio de forma de 'V'. Además, OF indujo el desplazamiento de dientes cargados y descargados, y estos últimos reflejaron a los primeros de manera retrasada. Además, los cambios morfométricos óseos se sincronizaron con los cambios en la tasa de OTM, lo que implica que una tasa de OTM más alta fue concomitante con una mayor pérdida de hueso alveolar. Las áreas de presión y tensión pueden no estar en dos lados opuestos, sino adyacentes y conectadas. Estos hallazgos podrían proporcionar evidencia instructiva para la investigación clínica, traslacional y básica en ortodoncia.

Acortar el tiempo de tratamiento de ortodoncia es de interés tanto para los médicos como para los pacientes1. Como resultado, en los últimos años se han comercializado numerosas técnicas y productos con el objetivo de acelerar el movimiento dental ortodóncico (OTM)2,3. Sin embargo, debido a la alta heterogeneidad metodológica de la evaluación de OTM, aún existe un desconocimiento sobre la fisiología del movimiento dentario4,5. La investigación básica en ortodoncia a menudo se centra a nivel microscópico, como en el papel de moléculas específicas, vías de señalización o patrones de expresión genética implicados en OTM6,7,8,9,10. Sin embargo, los cambios macroscópicos inducidos por la fuerza ortodóncica están menos estudiados, a pesar de ser de gran relevancia clínica. Esto puede deberse en parte a las dificultades inherentes a este modelo de investigación: los estudios en humanos implicarían biopsias o una mayor exposición radiológica sólo con fines de investigación, lo que no puede justificarse. Los modelos animales de ortodoncia, desarrollados principalmente en roedores, ofrecen importantes oportunidades. Sin embargo, las investigaciones derivadas de ellos suelen presentar resultados contradictorios, probablemente debido a la alta heterogeneidad metodológica, como el uso de diferentes anclajes, fuerzas y aparatos ortodóncicos.

Clásicamente, la OTM se ha dividido en diferentes fases según la velocidad de desplazamiento de los dientes. A la fase inicial le seguiría un período de detención (fase de retraso), después del cual se produciría una aceleración de la OTM, seguida de un aumento lineal en el desplazamiento de los dientes11,12,13. Sin embargo, los estudios suelen medir este desplazamiento como una distancia, que no puede reflejar la situación 3D real, ya que el desplazamiento es en realidad un vector. En segundo lugar, el cambio dinámico en el hueso alveolar cuando se aplica una fuerza ortodóncica constante sigue siendo en gran medida desconocido. Aunque investigaciones previas en animales mostraron cambios en la densidad mineral ósea (DMO) del hueso alveolar sometido a fuerza ortodóncica14,15, pocos estudios realizaron una evaluación morfométrica longitudinal completa del hueso16,17. Aún es necesario dilucidar si existe una correlación entre los cambios dinámicos en la tasa de OTM y los cambios en los parámetros morfométricos óseos.

El objetivo de este estudio es investigar los cambios dinámicos inducidos por la fuerza ortodóncica en el desplazamiento de los dientes y la morfometría ósea en un modelo OTM de rata durante 31 días mediante el uso de un novedoso análisis 3D y anclaje óseo. Estos cambios dinámicos pueden proporcionar evidencia importante sobre los períodos de ventana óptimos para investigar cambios moleculares microscópicos. Además, la posible correlación entre la tasa de OTM y la morfometría ósea en diferentes momentos después de la aplicación de la fuerza ortodóncica podría proporcionar directamente directrices instructivas no sólo para la investigación básica, sino también para los médicos.

En este estudio se utilizaron doce ratas Wistar macho adultas jóvenes (de 9 semanas de edad). Se realizó vigilancia semanal para notar cambios de peso y garantizar una alimentación normal. Antes del experimento, el tamaño mínimo de la muestra se calculó utilizando un estudio previo de boca dividida18,19. El principal parámetro considerado fue el desplazamiento mesial del primer molar después de 31 días de aplicación de fuerza ortodóncica. Un análisis de potencia en el software G*Power 3.1 (Düsseldorf, Alemania) sugirió un tamaño de muestra mínimo de 12 animales por grupo (OF y ningún lado OF) para un MANOVA de medidas repetidas al asumir una potencia del 99% con α = 0,05.

Los animales se alojaron en tres jaulas bajo temperatura continua (23 °C), un programa de 12 h alternando luz y oscuridad, y una dieta de mantenimiento estándar para ratas. Todos los experimentos con animales se realizaron en el Centro de Animales de Laboratorio y el Centro de Imágenes Moleculares de Pequeños Animales (MoSAIC) de KU Leuven, Bélgica, con la aprobación del Comité Ético para Experimentación Animal de KU Leuven (P197/2019) y de acuerdo con la Directiva de la UE 2010. /63/UE y LLEGA 2.0. Pautas.

El movimiento dentario se realizó siguiendo un protocolo previamente publicado18. Brevemente, en un lado del maxilar asignado al azar, se implantó un minitornillo autoperforante (2,5 mm × 1,3 mm × 5 mm, DEWIMED, Tuttlingen, Alemania) en el hueso alveolar, aproximadamente 2 mm distal a los incisivos superiores. y con una angulación de 45° con respecto al plano oclusal, para proporcionar anclaje óseo. Se permitió un tiempo de curación de 3 semanas para garantizar la estabilidad20. Posteriormente, se cargó una fuerza ortodóncica (OF) constante de 25 cN entre el minitornillo y el primer molar superior utilizando un resorte helicoidal cerrado Sentalloy (Ultra-light, Dentsply GAC, Rochecorbon, Francia) (Fig. 1A). En el lado contralateral, no se aplicó OF (sin lado OF). En ese momento los animales tenían 12 semanas de edad.

Modelo animal OTM. (A) Representación gráfica del modelo animal. Se cargó una fuerza constante de 25 cN mediante un resorte helicoidal entre el primer molar y el minitornillo en el lado OF. Las ratas fueron escaneadas utilizando una micro-CT in vivo de dosis baja en cinco puntos temporales diferentes (T0-T4). (B) Descripción general del flujo de trabajo de procesamiento de imágenes. Las exploraciones con micro-CT de diferentes puntos temporales (T1-T4) se alinearon espacialmente con la micro-CT en la línea de base (T0). Se delineó un volumen de interés (VOI) en los datos de micro-CT reconstruidos para garantizar una selección precisa de dientes y hueso alveolar. Estos se segmentaron utilizando un algoritmo de umbral global. A partir de las imágenes binarias resultantes se realizó una cuantificación morfométrica 3D automática y se crearon modelos 3D.

Todas las intervenciones fueron realizadas por el mismo investigador, primero bajo sedación con 2,5-5% de isoflurano (1000 mg/g, Iso-Vet, Dechra, Skipton, Reino Unido), seguido de anestesia con 100 mg/ml de ketamina IP (80 mg/kg , Nimatek, Bladel, Países Bajos) y xilazina al 2% (10 mg/kg, XYL-M, VMD, Arendonk, Bélgica). Después de las intervenciones, se suministró dieta blanda y medicación analgésica (0,05 mg/kg de buprenorfina) durante 3 días. Para evitar el sufrimiento innecesario de los animales y la posible pérdida de aparatos, se realizó una vigilancia diaria del peso corporal y un examen intraoral bajo sedación con isoflurano. Se utilizó la escala de mueca de rata21 para evaluar si los animales sentían dolor. En la figura complementaria 1 se muestra un diagrama esquemático que muestra los tratamientos de las ratas desde su llegada hasta la eutanasia.

Los animales fueron seguidos longitudinalmente con micro-CT en cinco momentos: justo antes de la aplicación de OF (T0, línea de base) y 10 (T1), 17 (T2), 24 (T3) y 31 (T4) días después de OF. . Para la adquisición de imágenes se utilizó una micro-CT in vivo de baja dosis y alta resolución (Skyscan 1278, Bruker, Kontich, Bélgica). Se utilizó un protocolo de escaneo de alta resolución a 65 kVp, 500 μA y 180° con un paso de rotación angular de 0,5°, lo que resultó en un tiempo de exposición de 50 ms. Se utilizó un filtro de aluminio de 1 mm para eliminar el efecto de endurecimiento del haz. La corrección de campo plano se realizó para la calibración basándose en un campo de visión vacío antes de los escaneos reales. Los animales se colocaron bajo sedación con isoflurano al 2,5-5% durante la adquisición de imágenes. Después de la adquisición de imágenes, las pilas de imágenes se reconstruyeron con el software NRecon (versión 1.7.1, Bruker, Kontich, Bélgica). La corrección de la alineación posterior y la reducción de los artefactos del anillo se optimizaron por exploración si era necesario. Se aplicó nivel de alisado y endurecimiento de viga con valores de 0 y 10%, respectivamente. El rango de imagen dinámica del histograma se estableció entre 0,003 y 0,03.

Los cambios dinámicos de OTM se evaluaron volumétricamente con base en el desplazamiento espacial de los dientes de T0 a T4, utilizando T0 como línea base sin depender de otras estructuras de referencia externas. Se realizaron pasos de registro rígidos basados en vóxeles antes de la evaluación para garantizar que todos los dientes estuvieran en el mismo sistema de coordenadas y fueran comparables temporoespacialmente en cada momento.

Primero, las exploraciones micro-CT de seguimiento en T1, T2, T3 y T4 se superpusieron manualmente con la exploración inicial correspondiente en T0 basada en las estructuras maxilares como referencia, seguida de una superposición automática optimizada mediante MTM Scaffold Strain (KU Leuven , Lovaina, Bélgica)22,23. Se inspeccionó la compatibilidad estructural de los puntos de referencia anatómicos maxilares para verificar la validez de la superposición manual y automática. En segundo lugar, el mismo investigador delineó el maxilar, el minitornillo, los primeros y segundos molares en cada momento y los guardó como volúmenes de interés (VOI) en el software CTAnalyser (versión 1.17.5, Bruker, Kontich, Bélgica). En tercer lugar, los VOI seleccionados se segmentaron automáticamente utilizando un algoritmo de umbral adaptativo22,23 y se importaron como modelos individuales de lenguaje de teselación estándar (stl) 3D, que se cargaron en 3-Matic (Materialise, Lovaina, Bélgica) para la evaluación longitudinal de OTM y morfometría ósea. . El flujo de trabajo completo se muestra en la Fig. 1B.

Para evaluar el desplazamiento del primer y segundo molar, se crearon seis puntos de referencia en las cúspides y cinco en los ápices radiculares. Su desplazamiento en los diferentes puntos temporales se definió como movimiento oclusal y apical, respectivamente. El plano oclusal estuvo definido por los puntos cúspide mesial, distovestibular y distolingual. El ángulo entre los planos oclusales se definió como movimiento angular. Los movimientos oclusales, apicales y angulares de los primeros y segundos molares en T0-T1, T0-T2, T0-T3, T0-T4, T1-T2, T2-T3, T3-T4 se midieron tanto en el lado OF como en el lado no OF. . La tasa de OTM se calculó dividiendo el movimiento oclusal por el tiempo de OTM. Las medidas longitudinales de los parámetros mencionados anteriormente y sus cambios dinámicos se muestran en la Fig. 2.

Evaluación longitudinal de OTM. (A) En el modelo T0 se definieron los puntos oclusales, apicales y el plano oclusal. Luego, los mismos puntos se extrapolaron a los modelos T1-T4 mediante registro global automatizado. Luego se midieron las distancias o ángulos entre ellos como movimiento oclusal, apical o angular. (B) Cambios dinámicos en el desplazamiento molar y morfometría del hueso alveolar. (Rojo = lado OF, Azul = lado No OF).

Para evaluar el desplazamiento del minitornillo, se crearon dos puntos de referencia en el centro de la cabeza del tornillo y en la punta del tornillo en el modelo T0. La línea que conecta estos dos puntos se definió como eje central. Luego, las distancias de los puntos de la cabeza y la punta de T0 a T1 se midieron como el movimiento de la cabeza y la punta en el período T0-T1, respectivamente. El ángulo entre los ejes centrales en T0 y T1 se midió como movimiento angular. De esta forma, también se midió el desplazamiento del minitornillo en T0–T2, T0–T3, T0–T4, T1–T2, T2–T3, T3–T4.

La morfometría del hueso alveolar se cuantificó utilizando el método propuesto por Chatterjee et al., como se muestra en la Fig. 324. Las imágenes de micro-CT registradas se transfirieron a CTAnalyser y se extrajo un volumen de interés (VOI) que contenía solo la región molar de cada hemimaxilar. seleccionado definiendo un segmento superior e inferior. El corte superior se definió como el corte mesial a 2 mm de aquel donde apareció la cúspide del primer molar. El corte inferior se definió como aquel donde aparecía la cúspide mesial del tercer molar. El hueso alveolar dentro de esta región se seleccionó y segmentó de forma semiautomática utilizando un algoritmo de umbral global automático.

Evaluación longitudinal de la morfometría ósea. Los VOI del hueso alveolar, primer y segundo molar se seleccionaron por separado y se segmentaron como modelos 3D en el micro-CT registrado en un flujo de trabajo. La morfometría ósea se evaluó en VOI en cada momento y se comparó longitudinalmente.

Para evaluar la DMO, se escanearon fantasmas (bloques estándar de hidroxiapatita) de 0,25 g/cm3 y 0,75 g/cm3 para realizar la calibración de la DMO con respecto a los valores de atenuación. La DMO en los diferentes puntos temporales se calculó mediante extrapolación lineal utilizando: Y \(-{y}_{1}= ({y}_{2}-{y}_{1})/({x}_{ 2}-{x}_{1}) \times\) (X \(-{x}_{1}\)), donde x1 y x2 son los índices en escala de grises de hidroxiapatita estándar 0,25 y 0,75 g/cm3, y1 e y2 se conocen como 0,25 y 0,75 g/cm3, y X e Y son los índices grises.

Los cambios dinámicos de los siguientes parámetros también se evaluaron en VOI para la evaluación de la morfometría ósea en CTAnalyser:

Fracción de volumen óseo (BV/TV, %): la proporción del VOI ocupada por objetos sólidos binarizados en 3D dentro del VOI, que refleja directamente el volumen óseo.

Densidad de la superficie ósea (BS/TV, mm-1): la relación entre el área de superficie y el volumen total en 3D dentro del VOI.

Número trabecular (Tb.N, mm−1): el número de recorridos a través de una estructura trabecular o sólida realizados por unidad de longitud en una trayectoria lineal aleatoria a través del VOI.

Espesor trabecular (Tb.Th, mm): esencialmente el espesor de los vóxeles sólidos definidos por la binarización dentro del VOI.

Separación trabecular (Tb.Sp, mm): esencialmente el espesor de los espacios entre el hueso trabecular.

Se utilizaron MANOVA de medidas repetidas bidireccionales y la prueba post-hoc de Tukey para comparar el OTM y la morfometría ósea entre diferentes puntos temporales (T0-T4) y entre el lado OF y el lado no OF. Se realizó un análisis no paramétrico (prueba de Friedman) para comparar el desplazamiento del minitornillo entre diferentes puntos temporales. La correlación de los cambios dinámicos entre los parámetros morfométricos óseos y la tasa de OTM se evaluó mediante coeficientes de correlación de Pearson. Se utilizaron métodos estadísticos no paramétricos cuando no se confirmó la normalidad mediante la prueba de Kolmogorov-Smirnov. El análisis estadístico se realizó en GraphPad (versión 8.4.3, San Diego, EE. UU.).

No se detectó ninguna pérdida de peso relevante en los animales a lo largo de los experimentos.

Se encontraron diferencias significativas en el movimiento oclusal, apical y angular entre los diferentes puntos temporales (P \(<\) 0,01) tanto para el primer (Fig. 4) como para el segundo molar (Fig. 5) en el lado OF. La tasa de OTM del primer molar no fue constante entre los diferentes puntos temporales, sino que se conformó a un patrón de cambio de forma de 'V': primero disminuyó de T1 a T2 (P \(<\) 0,01), y luego aumentó de T2 a T4 (P \(<\) 0,01).

Desplazamiento del primer molar. El OTM se comparó entre diferentes puntos temporales (T0-T4) y entre el lado OF y no OF mediante MANOVA de medidas repetidas bidireccionales y la prueba post-hoc de Tukey (n = 12). *P < 0,01 versus ningún lado OF. †P < 0,01 frente al período anterior.

Desplazamiento del segundo molar. El OTM se comparó entre diferentes puntos temporales (T0-T4) y entre el lado OF y no OF mediante MANOVA de medidas repetidas bidireccionales y la prueba post-hoc de Tukey (n = 12). *P < 0,01 versus ningún lado OF. †P < 0,01 frente al período anterior.

Sorprendentemente, los primeros y segundos molares del lado no OF también sufrieron un desplazamiento significativo (P \(<\) 0,01) después de 31 días de aplicación de fuerza en el hemimaxilar contralateral. Aunque, por supuesto, se encontró significativamente menos OTM en comparación con el lado OF (P \(<\) 0,01), el patrón cambiante de la tasa de OTM del segundo molar en el lado OF y de ambos molares en el lado no OF fue similar al del primer molar cargado.

Ningún minitornillo se aflojó ni se perdió por completo durante el período de seguimiento. Sin embargo, se observó un desplazamiento del minitornillo, como se muestra en los diagramas de caja (mínimo, Q1, mediana, Q3, máximo) en la Fig. 6. El análisis no paramétrico (prueba de Friedman) muestra que el minitornillo tuvo un desplazamiento significativamente diferente en el cabeza (P \(<\) 0.01) pero no en la punta (P \(>\) 0.05) con el tiempo.

Desplazamiento de minitornillo. El desplazamiento del minitornillo se comparó entre diferentes puntos temporales mediante la prueba de Friedman (n = 12). *P<0,05.

La morfometría del hueso alveolar se cuantificó y comparó entre los lados OF y no OF y entre diferentes puntos temporales (T0-T4) mediante ANOVA de medidas repetidas bidireccionales. Los cambios dinámicos en la morfometría ósea se muestran en la Fig. 7.

Cambios dinámicos en la morfometría ósea. Los parámetros morfométricos óseos se compararon entre diferentes puntos temporales (T0-T4) y entre el lado OF y no OF mediante medidas repetidas bidireccionales MANOVA y la prueba post-hoc de Tukey (n = 12). DMO = densidad mineral ósea, BV/TV = fracción de volumen óseo, BS/TV = densidad de la superficie ósea, Tb.Th = espesor trabecular, Tb.N = número trabecular, Tb.Sp = separación trabecular. *P < 0,01 versus ningún lado OF. †P < 0,01 frente al período anterior.

Al comparar los lados OF y no OF, no se observó ninguna diferencia significativa en la densidad mineral ósea (DMO, g cm-3) (P \(>\) 0,05). Sin embargo, la fracción de volumen óseo, la densidad de la superficie ósea y el número trabecular (BV/TV, %, BS/TV, mm−1 y Tb.N, mm−1) disminuyeron significativamente en el lado OF en comparación con el lado sin OF (P \ (<\) 0,05). En contraste, el espesor trabecular (Tb.Th, mm) aumentó significativamente (P \(<\) 0,05). La separación trabecular (Tb.Sp, mm) no tuvo diferencia significativa entre ambos lados (P \(>\) 0.05).

Al comparar los diferentes puntos temporales, la DMO y la separación trabecular no tuvieron cambios significativos (P \(>\) 0,05). Pero BS/TV y Tb.N disminuyeron significativamente (P \(<\) 0.05) mientras que Tb.Th aumentó significativamente (P \(<\) 0.01) con el tiempo. Además, los cambios dinámicos de BV/TV, BS/TV, Tb.Th y Tb.N se conformaron a un patrón de cambio de forma de 'V', mostrando una correlación lineal con el cambio de la tasa de OTM (P \(<\) 0.05) en la figura 8.

Concordancia entre los cambios en la tasa de OTM y la morfometría ósea. La tasa de OTM se correlacionó negativamente con el volumen óseo y el número trabecular, y se correlacionó positivamente con el espesor trabecular (n = 12, P \(<\) 0,05). Además, no existe una correlación lineal significativa entre la tasa de OTM y la DMO o la separación trabecular (P \(>\) 0,05, no se muestra en esta figura).

Desde calibradores digitales hasta escáneres intraorales, desde histología hasta cefalogramas y desde 2 hasta 3D, la metodología para medir OTM in vivo se viene desarrollando desde hace años19,25,26,27,28,29,30. Aunque las mediciones se han vuelto cada vez más precisas, la evaluación de los cambios dinámicos inducidos por OF aún sigue siendo difícil, ya que es difícil encontrar una estructura de referencia confiable. Estudios previos en ratas evaluaron OTM 2D o 3D de forma indirecta basándose en estructuras de referencia externas como el maxilar contralateral (diseños de boca dividida)19,31, los incisivos28,32, el arco cigomático17 o el diastema formado entre el primero y el segundo molar10,15,33,34,35,36. Sin embargo, estos métodos se basan en que las estructuras de referencia permanezcan estables durante OTM. El presente estudio utiliza un método novedoso para evaluar longitudinalmente la OTM dinámica independientemente de las estructuras de referencia externas18. Después de pasos rígidos de registro de vóxeles basados en el maxilar, los escaneos en diferentes puntos temporales se vuelven comparables a lo largo del tiempo en el mismo sistema de coordenadas. Así, el diente se convierte en su propio autocontrol para la evaluación de OTM.

Otra novedad de este estudio reside en las medidas dinámicas. En primer lugar, OTM se evaluó realmente en 3D en lugar de 2D o pseudo 3D (utilizando un cefalograma reconstruido a partir de TC). Esta es una clara ventaja ya que el OTM real es un desplazamiento compuesto de movimiento vertical, transversal y sagital. En segundo lugar, los movimientos oclusal, apical y angular se evaluaron por separado, en lugar de realizar un promedio, ya que no sólo el movimiento corporal compuesto sino también la inclinación y el torque son cruciales para los ortodoncistas. En tercer lugar, se calculó el OTM tanto en relación con T0 como entre puntos temporales sucesivos, para registrar la evolución del OTM. Dado que el verdadero desplazamiento 3D del mismo diente no siempre ocurrió necesariamente en la misma dirección o plano (Figura 2 complementaria), la evolución de OTM debe evaluarse no simplemente restando el OTM hacia T0 de los períodos adyacentes (por ejemplo, T0 –T1 y T0–T2), sino midiendo directamente el OTM entre cada período adyacente (T1–T2). Esto representa un paso adelante con respecto a las mediciones cefalométricas, geométricas y optométricas anteriores.

En el presente estudio, el análisis 3D del desplazamiento del primer molar nos permitió estudiar su patrón. Después de una fase inicial de movimiento, se observó una marcada disminución en la tasa de OTM 10 días después de la aplicación de la fuerza, seguida de un aumento lineal una semana después. Esto coincide con los informes de artículos clásicos sobre las fases del movimiento dentario11,12,13. Dado que el tiempo de observación de nuestro estudio fue de 31 días y la mayoría de los artículos relacionados solo incluyen tiempos de observación de hasta 4 semanas, no se pueden hacer declaraciones sobre los posibles cambios que ocurran más allá de este punto.

El hallazgo más sorprendente de nuestro estudio se refiere al desplazamiento de los dientes sin carga. Se encontró que el segundo molar se desplazaba significativamente en dirección mesial en el lado OF, aunque no se aplicó OF directamente sobre él. Este fenómeno confirma la falta de fiabilidad a la hora de elegir el diastema formado entre los primeros y segundos molares como punto de referencia para la evaluación de OTM. De manera similar, también se encontró un movimiento significativo de los primeros y segundos molares en el lado no OF, siguiendo el mismo patrón descrito en el lado OF. Sin embargo, este patrón contradice lo informado por estudios previos en los que se consideraba que el OTM en el lado sin OF era cero37. Una posible explicación es que las mediciones 2D utilizadas en estos estudios pueden haber pasado por alto el desplazamiento que ocurre en planos distintos al sagital.

Teniendo en cuenta el hecho de que los molares de rata migran distalmente durante el envejecimiento38,39, la mesialización de los dientes en el lado no OF encontrada en el presente estudio no puede deberse al movimiento fisiológico. Podría ser una respuesta adaptativa al cambio en la oclusión dental y el entorno biológico microscópico causado por la OF en el lado contralateral, lo cual está respaldado por el hecho de que el OTM en el lado sin OF refleja el patrón del lado OF18 (Fig. 4, 5). El patrón de OTM del segundo molar en el lado OF también reflejó el del primer molar cargado, pero comenzó con un breve retraso, probablemente debido al tiempo consumido por el cambio oclusal o el estiramiento de las fibras periodontales. En conjunto, estos hallazgos muestran que la OF aplicada en un diente puede influir en los otros dientes, incluso en el lado contralateral, lo que por lo tanto ya no puede considerarse como "control", ya que el desplazamiento de los dientes puede camuflarse, lo que conduce a una subestimación sistemática de la OTM real. .

Además del desplazamiento de los dientes, la remodelación del hueso alveolar es crucial para los médicos. Aunque la DMO ha sido estudiada previamente y puede reflejar cambios óseos15,40,41, esto no permite realizar un análisis diferencial del volumen óseo y la densidad de mineralización42, que junto con la fracción de volumen óseo, la densidad de la superficie ósea, el espesor trabecular, el número y la separación son aspectos importantes. de la morfometría ósea, ya que pueden reflejar la remodelación del hueso alveolar23,43. En el presente estudio, se encontró un volumen óseo significativamente menor (BV/TV, BS/TV) en el lado OF en comparación con el lado sin OF, pero, de manera relevante, no hubo diferencias significativas en la DMO entre los lados. Esto implica que la resorción ósea provocada por la inflamación aséptica de OTM44 sí coexiste con la formación ósea, manteniendo la DMO media. Esto contrasta con lo que ocurre en procesos patológicos como la osteoporosis45 o la periodontitis46,47,48, donde tanto el volumen óseo como la DMO disminuyen. En correspondencia con los cambios en el volumen óseo, el número trabecular también fue menor en los dientes/hueso del lado OF, que también presentó un mayor espesor trabecular. Longitudinalmente, tanto el volumen óseo como el número trabecular disminuyeron de T0 a T4, con un aumento constante en el espesor trabecular como compensación. De manera similar a la DMO, la separación trabecular no fue significativamente diferente entre los lados. Aunque los cambios de la morfometría ósea respecto al valor basal fueron estadísticamente significativos, la evolución de estos cambios no lo fue, probablemente debido al tamaño muestral de este estudio. Hasta donde sabemos, ningún estudio previo había evaluado longitudinalmente la morfometría ósea después de OTM basándose en un método de registro tan rígido basado en vóxeles. Debido a esto, calculamos el tamaño de la muestra de investigaciones anteriores, basándonos en OTM en lugar de en parámetros morfométricos óseos.

El seguimiento longitudinal de la muestra muestra que las diferencias entre los lados OF y no OF no se deben a errores accidentales, ya que se midieron y visualizaron en cada momento y la diferencia fue constante. Curiosamente, las curvas que representan los cambios en la morfometría ósea a lo largo del tiempo muestran una tendencia (Fig. 7), contrariamente al patrón de cambio de forma de 'V' de la tasa de OTM (Fig. 4). El análisis de regresión lineal mostró una correlación significativa entre los cambios en OTM y BV/TV, BS/TV, Tb.N (positivamente) y Tb.Th (negativamente). Aunque la correlación no implica causalidad, este hallazgo sugiere que una mayor tasa de OTM fue concomitante con una mayor pérdida de hueso alveolar, lo cual es clínicamente muy relevante. Encontrar un equilibrio entre la aceleración de la OTM y la mínima resorción ósea alveolar es crucial para futuras investigaciones y práctica clínica.

Cabe señalar que el método de análisis es crucial para la validez de la conclusión, ya que los resultados de la morfometría ósea dependen del VOI. Estudios previos seleccionaron VOI ya sea en función de los lados de presión/tensión16 o sitios anatómicos como en la furcación49,50 o la raíz mesial15,51 del primer molar, en diferentes mandíbulas y especies animales52,53. Sin embargo, estas áreas son difíciles de determinar con precisión. Además, dado que OTM no es solo un simple movimiento mesial del cuerpo (también un movimiento angular, y no necesariamente solo en la dirección sagital), las áreas de presión y tensión no son simplemente las áreas mesial y distal de la raíz (Figura complementaria 3). En el presente estudio, se seleccionó como VOI todo el hueso alveolar alrededor del primer y segundo molar, que debería incluir simultáneamente los sitios de presión y tensión, ya que elegir solo uno de los dos podría conducir a resultados sesgados de DMO. Por otro lado, el VOI relativamente amplio podría reducir el poder estadístico, porque el hueso alveolar no influenciado por el movimiento también podría seleccionarse y, por lo tanto, ocultar el cambio en el hueso afectado. Sin embargo, esto podría compensarse con el diseño longitudinal del estudio, ya que el hueso alveolar 'no afectado' se elimina durante la resta de los diferentes puntos temporales.

Como se mencionó anteriormente, se encontró que el patrón de movimiento del primer molar en el lado OF y de todos los demás molares era similar, pero retrasado. Se podría argumentar que el desplazamiento de los molares descargados fue un resultado adaptativo al del primer molar cargado. Dado que los cambios morfométricos óseos estaban sincronizados con los cambios en la tasa de OTM, los cambios en el hueso alveolar no podrían ser la causa ni el resultado, sino concomitantes con la OTM. Según la teoría clásica de presión-tensión, el movimiento del cuerpo mesial del diente resulta de la resorción ósea alveolar mesial y la aposición ósea distal. Sin embargo, en este caso también debería haber un retraso entre el punto crítico en el patrón cambiante de la tasa de OTM y la morfometría ósea, que no se observó en nuestra muestra. Esto refuerza la idea, ya presentada en la literatura54, de que las áreas de presión y tensión no están en dos lados opuestos, sino que en realidad están dispersas, adyacentes y ampliamente conectadas tanto en el lado mesial como en el distal (Figura 3 complementaria), ocurriendo resorción y formación ósea. simultáneamente. Si esto es correcto, tal vez el objetivo en la ortodoncia clínica debería ser un movimiento de inclinación, en lugar de un desplazamiento corporal, ya que podría producir una OTM más eficiente. Esta inclinación discreta, que implica una inclinación mínima, podría ser inducida por fuerzas inferiores a las que se utilizan clínicamente actualmente. Las investigaciones futuras deberían centrarse en cómo aprovechar al máximo las áreas de tensión y presión para optimizar el movimiento dental total, teniendo en cuenta factores como la magnitud de la fuerza o la reabsorción radicular. El análisis longitudinal 3D presentado en el presente estudio puede ofrecer apoyo metodológico para futuras investigaciones.

Este estudio evalúa longitudinalmente la OTM y la morfometría ósea en 3D con un método novedoso en ratas. El desplazamiento de los dientes no fue constante en los diferentes períodos de tiempo, sino que se ajustaba a un patrón de cambio de forma de 'V'. Aunque no se aplicó OF en el segundo molar, este diente, así como ambos molares en el lado sin OF, sufrieron un desplazamiento significativo, en un patrón similar al del primer molar cargado. La evaluación dinámica de la morfometría ósea demostró que una tasa más alta de OTM era concomitante con una mayor pérdida de hueso alveolar, lo que proporciona evidencia instructiva para la investigación clínica, traslacional y básica en OTM.

Todos los datos generados o analizados durante este estudio se incluyen en este artículo publicado y sus archivos de información complementarios.

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Chen Zong recibió el apoyo del Consejo de Becas de China (expediente n.º 201806270252). Greetje Vande Velde reconoció la financiación de KU Leuven IF (C24/17/061, STG/15/024) y la Fundación Flamenca de Investigación (FWO; 1506114N, G057721N). Nos gustaría agradecer a Stephanie de Vleeschauwer, Marie Roelandt y Jordi Penedo por su ayuda durante los experimentos con animales, y a Steffen Fieuws por su ayuda en estadística.

Departamento de Ciencias de la Salud Bucal-Ortodoncia, KU Leuven y Odontología, Hospitales Universitarios de Lovaina, Kapucijnenvoer 7, blok A, bus 7001, 3000, Lovaina, Bélgica

Chen Zong, Guy Willems & Maria Cadenas de Llano-Pérula

Cirugía oral y maxilofacial, Hospitales Universitarios de Lovaina y Grupo de Investigación OMFS-IMPATH, Departamento de Imagenología y Patología, Facultad de Medicina, KU Leuven, Lovaina, Bélgica

Jeroen Van Dessel

Centro de resonancia magnética biomédica/imágenes moleculares de pequeños animales (MoSAIC), Departamento de Imágenes y Patología, Facultad de Medicina, KU Leuven, Lovaina, Bélgica

Saludos Vande Velde

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Todos los autores contribuyeron a la concepción y desarrollo de la investigación. CZ, como investigador principal, diseñó y organizó todo el estudio, analizó los datos y redactó el manuscrito científico. JVD, GVV y MCDL-P. participó en el análisis e interpretación de datos. GW contribuyó a la interpretación de los datos y a la redacción del manuscrito. Todos los autores leyeron y aprobaron el manuscrito final.

Correspondencia a Chen Zong.

Los autores declaran no tener conflictos de intereses.

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Zong, C., Van Dessel, J., Vande Velde, G. et al. Cambios dinámicos en el desplazamiento dentario y morfometría ósea inducidos por la fuerza ortodóncica. Informe científico 12, 13672 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-17412-8

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Recibido: 26 de enero de 2022

Aceptado: 25 de julio de 2022

Publicado: 11 de agosto de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-17412-8

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Cambios dinámicos en el desplazamiento de los dientes y la morfometría ósea inducidos por la fuerza ortodóncica.