Ιστολογικές, απεικονιστικές και βιοχημικές μεταβολές της κροταφογναθικής διάρθρωσης σε επίμυες μετά απο προώθηση της κάτω γνάθου με τη χρήση λειτουργικών συσκευών

Abstract

Introduction: Class II malocclusion is among the most common orthodontic anomalies in clinical practice. In the Asian population with increased overjet, this condition is typically characterized by a protrusive maxilla and or a retrusive mandible. In Caucasians it is usually due to mandibular retrognathism. Apart from mandibular and maxillary discrepancies, the growth pattern of the posterior cranial base, and with it, that of the glenoid fossa, also plays a crucial role in mandibular positioning. These morphological skeletal differences partly explain the variety in patient response to orthopedic mandibular advancement devices. Although such appliances have been used for decades, their mechanism of action still remains controversial. Some suggest they accelerate the growth rate of the mandible and do not contribute to a size increase at all. Others claim that they enhance mandibular growth, and especially that of the condyle that through endochondral ossification is considered to contribute to a great extent to the total mandibular growth. Animal studies have depicted an increased endochondral ossification pattern in the condyle, whereas some prospective studies indicate only transient growth spurts. Aim: The aim of this study was to assess the effects of mandibular advancement on the temporomandibular joint, particularly in the condyle, and on the overall mandibular growth. For this purpose, cone beam computed tomography, biochemical analysis and histological analysis were conducted on experimental Wistar rats. Materials and methods: Following approval of the experimental protocol (approval number: 598758/04/10/2019) by the Veterinary Directorate in accordance with the law 56/2013 and in compliance with the European Directive 2010/63/EU and Council of Europe recommendations (276/33/20.10.2010) concerning the protection of experimental animals, the selection and ordering of the required rats was carried out through the Pasteur Institute. The experiment utilized seventy two male Wistar rats, which were four weeks old at the beginning of the experimental period. After initial weaning period in the Institute of Pasteur, the animals were transferred and housed in the Experimental Surgery Facility “N.S. Christeas” of the Medical School of the National Kapodistrian University of Athens, Greece. The cages (Techniplast SPA Italy) used for housing the animals adhered to both National and European standards regarding the housing of laboratory animals. Random allocation of the animals into groups was performed using the Random Team Generator. The animals were divided into an experimental group (group C) and a control group (group B). Each group consisted of three subgroups each including twelve rats: C1, C2, C3 and B1, B2, B3. A functional appliance was fitted on each of the rats in the experimental group. The appliance was similar to that described by Rabie et al (Rabie Ab, 2001), but was modified in size to ensure continuous mandibular advancement throughout the experimental period. All animals had unlimited access to soft food and an increased amount of water to ensure adequate feeding and watering of the animals. The animals of subgroups C1 and B1 were sacrificed thirty days after the onset of the experiment, C2 and B2 sixty days after the beginning of the experiment and C3 and B3 ninety days after its beginning. It is important to note that, on the sixtieth day of the experiment the appliances fitted in the mouths of C3 were removed in order to assess potential relapse. In addition to blood sampling at baseline, and prior to the sacrifice of each subgroup, a 3D CBCT was performed. Following sacrifice, the heads were fixed in formalin, and the left condyle of each animal was isolated and processed for histological evaluation using Haematoxylin and Eosin staining. Blood serum was analysed with elisa kits to asses the levels of RANKL, OPG and MCSF. CBCT scans were evaluated using the Viewbox software (Viewbox version 4.1.0.10, Dhal software, Kifisia, Greece). Histological analyses focused on measuring the condylar cartilage thickness and bone density of the subchondral area. The software used for that was Image Pro (Image pro plus v6.0.0.260 Media Cybernetics Inc). Results: The results revealed a significant increase in mandibular length and ramus height, maintained even after appliance removal. Histologically, thickening of the condylar cartilage and enhanced bone formation on the tissues beneath that, came to confirm the imaging findings. Biochemical analysis depicted a tendency to increased osteoblastic activity, but no statistically significant results were observed. Conclusion:In conclusion, mandibular advancement on growing rats induces morphological and histological changes that support true skeletal enhancement. The TMJ and, in particular, the condyle appears to function as a biologically active site, responsive to mechanical stimuli of mandibular repositioning.

Εισαγωγή:Η σκελετική ΙΙη τάξη είναι μία από τις πιο κοινές ορθοδοντικές ανωμαλίες στη καθημερινή κλινική πράξη. Στους Ασιάτες με αυξημένη οριζόντια πρόταξη παρατηρείται προσθιέστερη θέση της άνω γνάθου, σε συνδυασμό με οπισθιέστερη θέση της κάτω. Στους Καυκάσιους, σκελετική ΙΙη τάξη συνήθως οφείλεται σε οπισθιέστερη θέση της κάτω γνάθου. Σε όλη αυτή την κατάσταση, εκτός από την σκελετική συμμετοχή των γνάθων, παίζει σημαντικό ρόλο και ο τρόπος αυξήσεως της οπίσθιας κρανιακής βάσης, και συγκεκριμένα της κροταφικής γλήνης. Αν η τελευταία βρίσκεται σε οπισθιέστερη θέση, συμπαρασύρει και την κάτω γνάθο, και το αντίστροφο. Συνεπώς, οι ασθενείς με αυξημένη οριζόντια πρόταξη δεν είναι πανομοιότυποι, ούτε ως προς τη μορφολογία του προσώπου, ούτε ως προς τη μορφολογία της κάτω γνάθου, και σίγουρα διαφέρουν ως προς το πρότυπο της σκελετικής τους αύξησης. Κατ’ αυτόν τον τρόπο δικαιολογείται εν μέρει, η διαφορετική ανταπόκριση των ασθενών στη χρήση ορθοπεδικών και ορθοδοντικών συσκευών, όπως οι συσκευές προώθησης της κάτω γνάθου. Για την επίλυσή της σκελετικής ΙΙης τάξης όπου η κάτω γνάθος υπολείπεται σε αύξηση, χρησιμοποιούνται συνήθως λειτουργικές συσκευές προώθησης της. Παρόλα αυτά, η δράση τους είναι αμφιλεγόμενη. Ορισμένοι ερευνητές υποστηρίζουν πως επιταχύνουν απλά το ρυθμό της αύξησης, χωρίς να συμβάλλουν σε επιπλέον σκελετική αύξηση, ενώ άλλοι ερευνητές θεωρούν πως συντελούν σε πραγματική αύξηση της κάτω γνάθο ενεργοποιώντας το αυξητικό δυναμικό του κονδύλου, που θεωρείται μια από τις σημαντικές περιοχές αύξησης της κάτω γνάθου. Σε πειραματικές μελέτες με ζώα, έχει βρεθεί ότι λειτουργικές συσκευές οδηγούν σε αύξηση της ενδοχόνδριας οστέωσης στον κόνδυλο. Προοπτικές μελέτες στο ίδιο θέμα όμως, έδειξαν ότι δεν υπήρχε σημαντική αύξηση της κάτω γνάθου, ή ακόμα κι αν υπήρχε, αυτή εντοπιζόταν κατά την έναρξη της χρήσης της συσκευής για κάποιο διάστημα, και μετά η αύξηση επανερχόταν στο αρχικό της πρότυπο. Μελέτες σε αναπτυσσόμενους ασθενείς με λειτουργικές συσκευές αδυνατούν να καταδείξουν τη πραγματική τους συμβολή στην αύξηση της κάτω γνάθου. Αυτό αποδίδεται στην ασάφεια στη συλλογή και μέτρηση των δεδομένων, και κατ΄αυτό τον τρόπο , υπογραμμίζεται η ανάγκη εύρεσης ενιαίου τρόπου μετρήσεων μελέτης των επιπτώσεων στον κόνδυλο και την κάτω γνάθο συνολικά. Σκοπός: Σκοπός της παρούσης μελέτης είναι να μελετηθεί η επίδραση που έχουν οι συσκευ-ές προώθησης της κάτω γνάθου στην κροταφογναθική διάρθρωση και ειδικότερα στον κόνδυλο και την αύξηση της κάτω γνάθου. Για το σκοπό αυτό έγινε απεικονιστική μελέτη αλλά και ιστολογική και βιοχημική εξέταση των δειγμάτων ώστε να διαπιστωθεί η οποιαδήποτε μεταβολή. Μέθοδος και υλικά: Αφού λήφθηκε η απαραίτητη έγκριση του πειραματικού πρωτοκόλλου (αριθμός 598758/04/10/2019) από τη Κτηνιατρική Διεύθυνση σύμφωνα με το νόμο 56/2013, υπακούοντας στους κανόνες της Ευρωπαϊκής οδηγίας 2010/63/EE και του συμβουλίου της Ευρώπης (276/33/20.10.2010) που αναφέρονται στην προστασία των περαματοζώων, ακολούθησε η επιλογή των απαιτούμενων επιμύων και η παραγγελία τους στο Ινστιτούτο Παστέρ. Στο συγκεκριμένο πείραμα, χρησιμοποιήθηκαν εβδομήντα δύο αρσενικοί επίμυες τύπου Wistar των οποίων η ηλικία κατά την έναρξη του πειράματος ήταν τέσσερεις εβδομάδες. Μετά την αρχική περίοδο ανατροφής τους στο Ινστιτούτο Παστέρ, μεταφέρθηκαν και στεγάστηκαν στο Πειραματικό Χειρουρ-γείο Ν.Σ. Χρηστέας της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου Αθηνών, καθ’ όλη τη διάρκεια του πειράματος. Τα κλουβιά των πειραματοζώων (Tecniplast S.P.A., Italy) επιλέχθηκαν να ακολουθούν Εθνικές και Ευρωπαϊκές οδηγίες. Το Random Team Generator χρησιμοποιήθηκε για τη τοποθέτηση των πειραματοζώων με τυχαίο τρόπο στις ομάδες των ασθενών, δηλαδή την ομάδα Γ και των μαρτύρων που ονοματοδοτήθηκε ομάδα Β. Η κάθε ομάδα χωρίστηκε σε τρείς υποομάδες, κάθε μία από τις οποίες περιλάμβανε δώδεκα ποντίκια. Έτσι είχαμε τις υποομάδες Γ1, Γ2 και Γ3 και τις Β1, Β2 και Β3. Χρησιμοποιήθηκε μία συσκευή που ήταν παραλλαγή αυτής που εφαρμόστηκε από τους Rabie et al. (Rabie AB Z. Z., 2001) Η συσκευή αυτή τροποποιήθηκε σε μέγεθος ώστε να είναι σίγουρο πως οδηγεί σε προώθηση την κάτω γνάθο καθ’ όλη τη διάρκεια της εφαρμογής της. Κατά τη διάρκεια του πειράματος όλα τα ζώα είχαν πρόσβαση σε πολτοποιημένη τροφή, ώστε να τους είναι ευκολότερο να τραφούν, και το νερό ήταν διαθέσιμο σε ειδικά δοχεία στο έδαφος του κλουβιού τα οποία αντικαθίσταντο τακτικά. Δεν τοποθετήθηκε η κλασσική συσκευή νερού γιατί θα ήταν δύσκολη η πρόσβαση των ζώ-ων της πειραματικής ομάδας εξαιτίας του όγκου της συσκευής. Τα ζώα των υποομά-δων Γ1 και Β1 θυσιάστηκαν στις τριάντα μέρες από την έναρξη του πειράματος, τα Γ2 και Β2 στις εξήντα μέρες από την έναρξη και τα Γ3 και Β3 στις ενενήντα μέρες. Πρέπει εδώ να σημειωθεί ότι στην υποομάδα Γ3 οι συσκευές αφαιρέθηκαν κατά την εξηκοστή μέρα ώστε να μείνουν τριάντα ημέρες χωρίς συσκευή και να μετρηθεί τυχόν υποτροπή. Εκτός από αιμοληψία στην αρχή και πριν από τη θυσία της κάθε υποομάδας, λαμβανόταν και μία τρισδιάστατη αξονική τομογραφία της κεφαλής. Μετά τη θυσία οι κεφαλές διατηρούνταν στη φορμόλη και ακολουθούσε η απομόνωση και προετοιμασία του αριστερού κονδύλου κάθε κεφαλής για ιστολογική μελέτη με χρώση αιματοξυλίνης- ηωσίνης. Με το αίμα μελετήθηκε η συγκέντρωση των RANKL, OPG και MCSF, με χρήση Elisa kit. Οι αξονικές μετρήθηκαν με τη χρήση του Viewbox (Viewbox version 4.1.0.10, Dhal software, Kifisia, Greece). Τα ιστολογικά μετρήθηκαν ως προς το πάχος του χόνδρου του κονδύλου και την οστική πυκνότητα της περιοχής ακριβώς κάτω από τον κονδυλικό χόνδρο, με τη χρήση του λογισμικού Image Pro (Image pro plus v6.0.0.260 Media Cybernetics Inc). Αποτελέσματα: Απεικονιστικά, σημειώθηκε πραγματική αύξηση της κάτω γνάθου και στο σώμα, αλλά και στον κλάδο με συμμετοχή του κονδύλου. Οι μετρήσεις των πειραματοζώων είχαν στατιστικά σημαντικές διαφορές σε σχέση με εκείνες των μαρτύρων. Ενδιαφέρον παρουσιάζει το γεγονός πως, μετά την αφαίρεση της συσκευής, τις τελευταίες τριάντα ημέρες, ενώ ο ρυθμός ανάπτυξης μειώνεται ελαφρώς, δεν παρατηρείται υποτροπή στις μετρήσεις. Όσον αφορά τις βιοχημικές μετρήσεις, ενώ παρατηρήθηκε μία τάση για ενίσχυση της δράσης των οστεοβλαστών, δεν βρέθηκε στατιστικά σημαντικό αποτέλεσμα. Ιστολογικά, τα ευρήματα έδειξαν αυξημένη δραστηριότητα για δημιουργία νέου οστού ακριβώς κάτω από τον κονδυλικό χόνδρο και πάχυνση των στιβάδων του κονδύλου, πράγμα που επιβεβαιώνει τη θετική ανταπόκριση του κονδύλου στην δράση της συσκευής, και είναι σε πλήρη συμφωνία με τα απεικονιστικά ευρήματα. Συμπέρασμα: Τα αποτελέσματα της παρούσης μελέτης καταδεικνύουν, πως η χρήση λειτουργικών συσκευών σε αναπτυσσόμενους επίμυες, οδηγεί σε ιστολογικές και μορφολογικές αλλαγές της κάτω γνάθου, καταλήγοντας σε πραγματική σκελετική αύξησή της. Η συνδυαστική ανάλυση επιβεβαιώνει ότι η κροταφογναθική διάρθρωση λειτουργεί ως βιολογικά ενεργό σύστημα, ικανό να προσαρμόζεται στα μηχανικά ερεθίσματα που επιβάλλει η μεταβαλλόμενη θέση της γνάθου. Παρά τους περιορισμούς του ζωικού μοντέλου, τα αποτελέσματα υποστηρίζουν τη χρησιμότητα των λειτουργικών μηχανισμών στη καθημερινή κλινική πράξη.