Tooth color alterations in orthodontically treated teeth and their clinical relevance to external tooth bleaching

Abstract

INTRODUCTION: Consensus exists in the literature that people prefer attractive over unattractive faces. In literature, facial attractiveness and smile attractiveness appear strongly connected to each other. In social interaction one’s attention is mainly directed toward the eyes and mouth of the speaker. Several studies attempt to explain why a smile with dentition in harmony is considered beautiful. It has been suggested that an esthetically pleasing smile is dependent on components such as tooth position, size, shape, inclination, color, smile arc, gingival display as well as the framing of the lips. Results of studies regarding tooth aesthetics agree that tooth color is one of the most important factors in satisfaction with oral appearance. In literature, tooth color and visibility of gums correlated with satisfaction of the smile while white teeth and marginal gingival display corresponded with the authentic meaning of the smile expression as a friendly and non-aggressive signal to others. More recently, it was found that relatively minor changes in the lightness of tooth colour influenced the perceived social appeal (social, intellectual, psychological and relational abilities) of an unknown male and unknown female. A perceptible change in dental lightness was recognized as the strongest factor associated with the dental attractiveness stereotype, affecting significantly the 12 traits assessed, but mainly the Happiness, Social Relations and Academic Performance. Patients’ strive for a “Hollywood smile” has led to increase in the orthodontic demand along with a bleaching “phrenitis”. In a U.S. survey of private-practice members of the American Association of Orthodontists conducted in order to assess their current practices regarding tooth whitening, a high percentage of orthodontists (88.8%) had patients who requested tooth whitening and had recently recommended (76.2%) whitening procedures for some patients. Although there is an abundance of information in the literature regarding the risks and benefits of orthodontic treatment or bleaching alone, little information is available on the bleaching effect of orthodontically treated teeth. There are only four in-vitro studies in the literature that refer to the influence of the bonding/debonding procedure on the bleaching efficacy. Outcome reports on the response to bleaching of untreated and bonded/debonded are inconclusive to obtain a post-orthodontic bleaching protocol. With the lack of agreement, it is reasonable to conjecture that randomized clinical trials might provide evidence-based information to be the ground for clinical-decision making. The necessity of randomized clinical trials to further verify the findings of these studies has previously been supported. Therefore, it would be of great interest to clinically investigate the effect of cosmetic bleaching to orthodontically treated teeth and to compare the bleaching potential of bonded/debonded versus untreated teeth. AIM: The aim of this study was to explore whether the bonding/debonding procedures as part of a comprehensive orthodontic treatment alter the response to vital bleaching. The null hypothesis to be tested was that there were no significant differences in CIE color parameters L*, a* and b* of orthodontically and non-orthodontically treated teeth after vital bleaching. MATERIALS AND METHODS: Sample size calculation for this single-blind randomized control clinical trial was based on the formula by Brown and Prescott. Each tooth was considered a unit with minimum significant difference between mean ΔΕ values of at least 0.9 times and variance of ΔΕ with probability at least 80%, the alpha error probability was set to 0.05. Accordingly, the number of patients in each of the 6 GROUPS was N=11.1 Rounding up to an even number for randomization purposes, 12 was the number of subjects in each of the six GROUPS, overall N=72 subjects; 432 teeth; 2 repeated measurements; 6,048 captures in total. All patients invited to enroll in this study voluntarily consented to participate and were informed according to the ethical principles for medical research involving human subjects. The first group, DEBONDED, included 24 consecutively treated orthodontic patients, 14 females and 10 males with a mean age 24.8±13.4 years, who received comprehensive fixed appliances orthodontic treatment at the Postgraduate Orthodontic Clinic of Aristotle University of Thessaloniki and appliances were removed by the author. The second group included 24 consecutively treated orthodontic patients currently in RETENTION, 13 females and 11 males, with a mean age 21.9±5.9 years. The third group consisted of 24 arbitrarily selected fourth-year and fifth-year undergraduate dental students at Aristotle University of Thessaloniki, 14 females and 10 males with a mean age 21.9±0.7 years without a fixed appliances orthodontic treatment history. Each of the above three groups was further randomized into two sub-GROUPS each (BLEACHING and PLACEBO). Randomization of the participants was performed by the statistician and was communicated to the author of this thesis on the first day of intervention. Each subgroup received either a 38% hydrogen peroxide bleaching agent (Opalescence Xtra Boost 38%, Ultradent Products, South Jordan, UT, USA) according to manufacturer’s instructions or a placebo agent (saline solution). For all GROUPS, in order for a subject to be included in the study, strict inclusion/exclusion criteria had to be met. Teeth included in the study were the upper central incisors, upper lateral incisors and upper canines. One method was employed to assess tooth color, namely by means of a reflectance spectrophotometer, SpecroShadeTM Micro (MHT, Zürich, Switzerland; Software version; software version 2.20). A standardized protocol of tooth preparation and spectrophotometric evaluation was adopted for all patients. All spectrophotometric images were recorded by the author at seven time intervals. Data collection initiated one day before the BLEACHING/PLACEBO INTERVENTION with the first spectrophotometric color measurement. Additional measurements were made just before the application of the BLEACHING/PLACEBO agent (20min pre), just after (20min post) and 7, 14, 21 and 90 days later. Intra-rater agreement was estimated with the Intra-class Correlation Coefficient and method error was calculated using the repeatability coefficient. Regarding parameters L*, a* b* and ΔΕ an analysis of variance model was used to study differences between GROUPS. The effects of GROUP, INTERVENTION, TIME and their interactions were analyzed with another linear mixed model with the baseline measurement used as a covariate when significant differences were observed between GROUPS at baseline. Analyses of each of the foregoing parameters was rerun with a series of linear mixed models that included the confounders “DURATION of TREATMENT”, “ANGLE CLASSIFICATION”, “ORTHODONTIC TREATMENT PLAN“, “ANGLE CLASSIFICATION” and “MONTHS in RETENTION”, in order to study any effects of them in the results. The level of statistical significance was set up to 0.05.RESULTS For all BLEACHING subgroups (DEBONDED, RETENTION, CONTROL) comparisons between baseline and follow-up measurements revealed that values of all CIE color parameters at baseline were statistically significant different than values at almost all succeeding TIMEPOINTS. ΔΕ values in all BLEACHING subgroups were statistically significantly greater than ΔΕ values in the CONTROL subgroups. Bleaching statistically significantly increased the L*value and decreased the a* and b* values in both orthodontically bonded/debonded and control teeth. However, for the a* parameter in Teeth 12 and 21 bleaching failed to produce statistical significant differences for either orthodontically treated or control teeth. In addition, the L* parameter for Teeth 11 and 21 did not exhibit statistically significant differences in the BLEACHING-CONTROL subgroup at any of following timepoints contrary to the BLEACHING-DEBONDED and RETENTION subgroups were bleaching produced statistically significant differences throughout the 90 days of observation. Also L* parameter for Teeth 12 and 22 did not exhibit statistically significant differences in the BLEACHING-CONTROL subgroup at the end of the 3 month observation period contrary to the BLEACHING-DEBONDED and RETENTION subgroups were bleaching maintained its initial response. Thus, the null hypothesis for this study was partly rejected since the CIE color parameter L* exhibited overall statistically significant differences in comparisons between CONTROL and DEBONDED GROUPS and CONTROL and RETENTION GROUPS for Teeth 11, 21. Regarding confounders “DURATION OF TREATMENT(months)” for the RETENTION GROUP and “ANGLE CLASSIFICATION” for both GROUPS statistically significantly related to all color parameters in almost all teeth. CONCLUSIONS: The null hypothesis for this study was partly rejected for the CIE color parameter L* since it exhibited statistically significant differences in comparisons between BLEACHING-CONTROL and BLEACHING-DEBONDED subgroups and BLEACHING-CONTROL and BLEACHING-RETENTION subgroups for Teeth 11 and 21.In all BLEACHING subgroups, comparisons between baseline and follow-up measurements revealed statistically significant differences in all color parameters at almost all succeeding timepoints. Parameter L* for Teeth 11 and 21 did not exhibit statistically significant differences in the BLEACHING-CONTROL subgroup for any of the follow-up measurements in contrast to the BLEACHING-DEBONDED and BLEACHING-RETENTION subgroups thus indicating an increased effect of the bleaching agent on these orthodontically treated teeth.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ: Στη διεθνή βιβλιογραφία υπάρχει γενική ομοφωνία στο ότι οι άνθρωποι προτιμούν τα ελκυστικά πρόσωπα σε σχέση με τα μη ελκυστικά. Έχει αποδειχτεί ότι η ελκυστικότητα του προσώπου και η ελκυστικότητα του χαμόγελου συνδέονται έντονα μεταξύ τους. Στην κοινωνική αλληλεπίδραση, η προσοχή του ατόμου κατευθύνεται κυρίως προς τα μάτια και το στόμα του ομιλητή. Αρκετές μελέτες προσπαθούν να εξηγήσουν γιατί ένα χαμόγελο με αρμονική οδοντοφυΐα θεωρείται όμορφο. Έχει υποστηριχθεί ότι ένα αισθητικά ευχάριστο χαμόγελο εξαρτάται από στοιχεία όπως η θέση των δοντιών, το μέγεθος, το σχήμα, η απόκλιση, το χρώμα, το τόξο του χαμόγελου (smile arc), η έκθεση των ούλων, καθώς και η πλαισίωση των χειλιών. Αποτελέσματα μελετών πάνω στην αισθητική των δοντιών συγκλίνουν στο ότι το χρώμα των δοντιών είναι ένας από τους πιο σημαντικούς παράγοντες καλής στοματικής εμφάνισης. Στη βιβλιογραφία, το χρώμα των δοντιών και η ουλική έκθεση έχουν συσχετιστεί με το βαθμό ικανοποίησης όσον αφορά το χαμόγελο, ενώ τα λευκά δόντια και η οριακή ουλική έκθεση αντιστοιχούν στην αυθεντική έννοια της έκφρασης του χαμόγελου ως ένα φιλικό και μη επιθετικό μήνυμα προς τους άλλους. Πιο πρόσφατα διαπιστώθηκε ότι σχετικά μικρές αλλαγές στην φωτεινότητα του χρώματος των δοντιών επηρέασαν την αντίληψη της κοινωνικής έκφρασης (κοινωνικές, πνευματικές, ψυχολογικές και σχεσιακές ικανότητες). Μια κλινικά αντιληπτή αλλαγή στην οδοντική φωτεινότητα έχει αναγνωρισθεί ως ο παράγοντας που σχετίζεται ισχυρότερα με το στερεότυπο της οδοντικής ελκυστικότητας, επηρεάζοντας σημαντικά τα 12 αξιολογούμενα χαρακτηριστικά, αλλά κυρίως την ευτυχία, τις κοινωνικές σχέσεις και την ακαδημαϊκή απόδοση. Η επιδίωξη των ασθενών να αποκτήσουν «χολλυγουντιανό χαμόγελο» έχει οδηγήσει σε αύξηση της ζήτησης για ορθοδοντικές θεραπείες αλλά και για εξωτερική λεύκανση. Σε μια έρευνα που πραγματοποιήθηκε στις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής μεταξύ των μελών της Αμερικανικής Ορθοδοντικής Εταιρείας για να αξιολογήσουν τις τρέχουσες πρακτικές τους όσον αφορά τη λεύκανση των δοντιών, ένα υψηλό ποσοστό ορθοδοντικών (88,8%) είχαν ασθενείς που ζήτησαν λεύκανση των δοντιών, ενώ επίσης υψηλό ποσοστό τους (76,2%) συνέστησαν πρόσφατα διαδικασίες λεύκανσης σε ορισμένους ασθενείς. Παρόλο που υπάρχει πληθώρα πληροφοριών στη βιβλιογραφία σχετικά με τους κινδύνους και τα οφέλη είτε της ορθοδοντικής θεραπείας είτε της λεύκανσης, λίγες πληροφορίες είναι διαθέσιμες όσον αφορά το αποτέλεσμα της λεύκανσης των ορθοδοντικά θεραπευμένων δοντιών. Υπάρχουν μόνο τέσσερις in-vitro μελέτες που αναφέρονται στην επίδραση της διαδικασίας συγκόλλησης/αποκόλλησης στην αποτελεσματικότητα της λεύκανσης. Τα αποτελέσματα όσον αφορά την ανταπόκριση στη λεύκανση των μη ορθοδοντικά θεραπευμένων δοντιών είναι ασαφή ώστε να είναι δυνατόν να ληφθεί ένα μετα-ορθοδοντικό πρωτόκολλο λεύκανσης. Με την υπάρχουσα έλλειψη συμφωνίας, είναι λογικό να υποθέσουμε ότι οι τυχαιοποιημένες κλινικές δοκιμές θα μπορούσαν να παράσχουν ασφαλείς πληροφορίες που θα αποτελούσαν τη βάση για λήψη κλινικών αποφάσεων. Επομένως, θα είχε ιδιαίτερο ενδιαφέρον να διερευνηθεί κλινικά η επίδραση της λεύκανσης στα δόντια που έχουν υποστεί ορθοδοντική θεραπεία και να συγκριθεί το δυναμικό λεύκανσης των συγκολλημένων/αποκολλημένων δοντιών έναντι των μη θεραπευμένων. ΣΚΟΠΟΣ: Σκοπός της διδακτορικής διατριβής είναι η κλινική διερεύνηση της μεταβολής του χρώματος των δοντιών που προκύπτει από την εφαρμογή της λεύκανσης σε υγιείς και ορθοδοντικά θεραπευμένους ασθενείς. Η μηδενική υπόθεση που εξετάστηκε ήταν ότι δεν υπήρχαν σημαντικές διαφορές στις CIE χρωματικές παραμέτρους L*, a*, b* μεταξύ ορθοδοντικά και μη-ορθοδοντικά θεραπευμένων δοντιών μετά την επίδραση λεύκανσης (p<0.05).ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙΤο μέγεθος του δείγματος για αυτή την απλή-τυφλή τυχαιοποιημένη κλινική μελέτη υπολογίστηκε σύμφωνα με τη μεθοδολογία των Brown και Prescott. Δηλαδή, κάθε δόντι θεωρήθηκε ως μονάδα με ελάχιστη σημαντική διαφορά για την ΔΕ τις 0.9 μονάδες, συντελεστή συσχέτισης μεταξύ των επαναλαμβανόμενων μετρήσεων ρ=0.5, επίπεδο σημαντικότητας α=0.05 και ισχύ της μελέτης power=0.8. Το δείγμα περιλάμβανε 72 ασθενείς, σε σύνολο 432 δόντια, σε 3 ομάδες όπου στην πρώτη και δεύτερη ομάδα περιλαμβάνονταν ασθενείς που επελέγησαν για ορθοδοντική θεραπεία από το Εργαστήριο Ορθοδοντικής του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης. Η πρώτη ομάδα περιλάμβανε 24 διαδοχικούς ασθενείς στους οποίους η αποκόλληση των αγκυλίων έγινε από την συγγραφέα της διδακτορικής διατριβής. Στη δεύτερη ομάδα, 24 άτομα, η αποκόλληση έγινε από μεταπτυχιακούς φοιτητές του Εργαστηρίου Ορθοδοντικής. Η τρίτη ομάδα περιλάμβανε 24 μη ορθοδοντικά θεραπευμένους τεταρτοετείς προπτυχιακούς φοιτητές Οδοντιατρικής που επελέγησαν μέσω απλής τυχαίας δειγματοληψίας (simple random sampling). Κάθε άνω κεντρικός τομέας, άνω πλάγιος τομέας και άνω κυνόδοντας υποβλήθηκε σε φασματοφωτομετρική ανάλυση σε μια κυκλική περιοχή που αντιστοιχεί στη κεντρική περιοχή του μέσου τριτημορίου της προστομιακής του επιφάνειας. Για τον αντικειμενικό προσδιορισμό του χρώματος των δοντιών σε κλινικό περιβάλλον, χρησιμοποιήθηκε το φασματοφωτόμετρο ανάκλασης SpectroShade™ (MHT, Zurich, Switzerland). Πραγματοποιήθηκε τυχαιοποίηση των ασθενών σε δύο ομάδες, λεύκανσης και μη λεύκανσης. Στην ομάδα της λεύκανσης εφαρμόστηκε εμπορικό σκεύασμα υπεροξειδίου του υδρογόνου 38% (Opalescence Xtra Boost 38%, Ultradent Products, South Jordan, UT, USA) σύμφωνα με τις οδηγίες του κατασκευαστή. Στην ομάδα της μη λεύκανσης οι ασθενείς υποβλήθηκαν σε placebo θεραπεία. Για κάθε δόντι (N=432), πραγματοποιήθηκαν 2 επαναλαμβανόμενες μετρήσεις σε 7 διαφορετικές χρονικές στιγμές (Ν=6.048 μετρήσεις), 7-14 ημέρες μετά την αφαίρεση των ορθοδοντικών αγκυλίων: 1 ημέρα πριν την εφαρμογή του παράγοντα (1d pre), 20 λεπτά πριν την τοποθέτηση του παράγοντα (20min pre), 20 λεπτά μετά την εφαρμογή του παράγοντα (20min post) και 7 (7d post), 14 (14d post), 21 (21d post) και 90 (90d post) ημέρες μετά. Οι μεταβολές του χρώματος (ΔΕ) κάθε δοντιού προσδιορίστηκαν βάσει του συστήματος CIE-Lab όπου L*, a*, b* και ΔΕ που αντιστοιχούν στις χρωματικές παραμέτρους του συστήματος. Έγινε ανάλυση ANOVA του στατιστικού δείγματος και συγκρίσεις με τη μέθοδο Bonferroni σε επίπεδο σημαντικότητας a<0.05.ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑΗ ορθοδοντική θεραπεία με ακίνητες συσκευές επηρέασε σε κάποιο βαθμό την επίδραση της λεύκανσης στις χρωματικές παραμέτρους κάποιων φυσικών δοντιών. Σε όλες τις υποομάδες όπου εφαρμόστηκε ο λευκαντικός παράγοντας, από τις συγκρίσεις μεταξύ της αρχικής και επόμενων μετρήσεων προκύπτει ότι οι αρχικές τιμές όλων των παραμέτρων χρώματος CIE διαφέρουν στατιστικώς σημαντικά από τις τιμές σχεδόν όλων των επόμενων χρονικών στιγμών. Οι τιμές ΔΕ σε όλες τις υποομάδες BLEACHING ήταν στατιστικά σημαντικά μεγαλύτερες από τις τιμές ΔΕ στις υποομάδες CONTROL. Η λεύκανση αύξησε στατιστικώς σημαντικά την τιμή L * και μείωσε τις τιμές a * και b * τόσο στα ορθοδοντικά συγκολλημένα/αποκολλημένα όσο και στα δόντια ελέγχου. Ωστόσο, για την παράμετρο a * των δοντιών 12 και 21, η λεύκανση δεν παρουσίασε στατιστικώς σημαντικές διαφορές είτε για ορθοδοντικά είτε για δόντια ελέγχου. Επιπλέον, η παράμετρος L * για τα δόντια 11 και 21 δεν εμφάνισε στατιστικά σημαντικές διαφορές στην υποομάδα BLEACHING-CONTROL σε οποιοδήποτε από τα ακόλουθα χρονικά σημεία αντίθετα με τις υποομάδες BLEACHING-DEBONDED και RETENTION. Επίσης, η παράμετρος L * για τα δόντια 12 και 22 δεν παρουσίασε στατιστικώς σημαντικές διαφορές στην υποομάδα BLEACHING-CONTROL κατα τέλος της τρίμηνης περιόδου παρατήρησης, αντίθετα με τις υποομάδες BLEACHING-DEBONDED και RETENTION, οι οποίες διατήρησαν την αρχική ανταπόκριση τους στη λεύκανση. Κατά αυτόν τον τρόπο, η μηδενική υπόθεση για τη μελέτη αυτή απορρίφθηκε εν μέρει, δεδομένου ότι η παράμετρος CIE L* παρουσίασε στατιστικά σημαντικές διαφορές σε κάποιες από τις συγκρίσεις μεταξύ των ομάδων λεύκανσης-CONTROL και των ομάδων λεύκανσης-DEBONDED και λεύκανσης-RETENTION για τα δόντια 12, 11, 21 και 22.Όσον αφορά την επίδραση των “confounders” η "ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΘΕΡΑΠΕΙΑΣ (μήνες)" στην ομάδα RETENTION και η "TΑΞΙΝΟΜΗΣΗ κατά ANGLE" και στις δύο ομάδες ήταν τα “confounders” που βρέθηκαν να σχετίζονται και με τις 4 παραμέτρους του χρώματος για τα 5 από τα 6 δόντια που εξετάστηκαν. To επίπεδο σημαντικότητας ορίστηκε σε a<0.05. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ: H μηδενική υπόθεση για τη μελέτη αυτή εν μέρει απορρίφθηκε, δεδομένου ότι η παράμετρος CIE L* παρουσίασε στατιστικά σημαντικές διαφορές της λεύκανσης, στις συγκρίσεις μεταξύ των υποομάδων BLEACHING CONTROL-BLEACHING DEBONDED και BLEACHING CONTROL- BLEACHING RETENTION για τα δόντια 11 και 21.