Effect of orthodontic forces on levels of enzymes in gingival crevicular fluid (GCF): A systematic review

Abstract Objective: Orthodontic force application releases multiple enzymes in gingival crevicular fluid (GCF) for activation, resorption, reversal, deposition of osseous elements and extracellular matrix degradation. The current systematic review critically evaluated all existing evidence on enzymes in orthodontic tooth movement. Methods: Literature was searched with predetermined search strategy on electronic databases (PubMed, Scopus, Embase), along with hand search. Results: Initial search identified 652 studies, shortlisted to 52 studies based on PRISMA. Quality assessment further led to final inclusion of 48 studies (13 moderately and 35 highly sensitive studies). Primary outcomes are significant upregulation in GCF levels of enzymes-aspartate aminotransferase (AST), alkaline phosphatase (ALP), matrix metalloproteinases (MMPs), lactate dehydrogenase (LDH), β-glucuronidase (βG), tartrate resistant acid phosphatase (TRAP), acid phosphatase (ACP) and down regulation in cathepsin B (Cb). Site specificity is shown by ALP, TRAP, AST, LDH, MMP9 with levels at compression site increasing earlier and in higher quantities compared with tension site. ALP levels are higher at tension site only in retention. A positive correlation of LDH, ALP and AST is also observed with increasing orthodontic force magnitude. Conclusions: A strong evidence of variation in enzymes (ALP, AST, ACP TRAP, LDH, MMPs, Cb) in GCF is found in association with different magnitude, stages and sites of orthodontic force application.

Resumo Objetivo: a aplicação da força ortodôntica libera múltiplas enzimas no fluído crevicular gengival (FCG), desencadeando a ativação, reabsorção, reversão, deposição de elementos ósseos e degradação da matriz extracelular. A presente revisão sistemática avaliou criticamente toda a evidência disponível sobre os níveis de enzimas durante a movimentação ortodôntica. Métodos: utilizando-se estratégias predeterminadas, foram realizadas buscas em bases de dados eletrônicas (PubMed, Scopus, Embase), sendo também feitas buscas manuais. Resultados: a busca inicial identificou 652 estudos e, com base nas diretrizes do PRISMA, foram selecionados 52 estudos. A avaliação qualitativa resultou na inclusão final de 48 estudos (13 estudos com moderada sensibilidade e 35 com alto nível de sensibilidade). Os desfechos primários foram o aumento significativo dos níveis no FCG das enzimas aspartato aminotransferase (AST), fosfatase alcalina (FA), metaloproteinases de matriz (MMPs), lactato desidrogenase (LDH), β-glucuronidase (βG), fosfatase ácido-resistente ao tartarato (TRAP), fosfatase ácida (FAC) e baixa regulação de catepsina B (Cb). Especificidade quanto ao local foi mostrada para FA, TRAP, AST, LDH e MMP9 com os níveis no lado de compressão aumentando mais rápido e em maiores quantidades, quando comparado ao lado de tensão. Os níveis de FA foram maiores no lado de tensão somente no período de contenção. Uma correlação positiva de LDH, FA e AST também foi observada à medida que a magnitude de força ortodôntica aumentou. Conclusões: há fortes evidências indicando que as variações nas enzimas (FA, AST, FAC, TRAP, LDH, MMPs, Cb) presentes no FCG estão associadas a diferentes magnitudes, estágios e locais de aplicação da força ortodôntica.

Expression of cytokines in gingival crevicular fluid associated with tooth movement induced by aligners: a pilot study

ABSTRACT Introduction: The search for more aesthetic and comfortable orthodontic devices has led to an increase in the use of clear aligners. Objective: To increase knowledge on biological mechanisms of orthodontic tooth movement using Invisalign aligners. Methods: This study included 11 patients with a mean age of 23.6 ± 4.8 years. Cases planning included alignment and leveling of lower incisors using Invisalign aligners. Gingival crevicular fluid samples were collected from the lower incisors on the day of delivery of aligner number 1 (T0) and after 1 (T24h), 7 (T7d), and 21 (T21d) days. During the observation period of the study, the patients used only the aligner number 1. Levels of nine cytokines were quantified using Luminex's multi-analysis technology. Non-parametric tests were used for comparisons between cytokine expression levels over time. Results: Cytokine expression levels remained constant after 21 days of orthodontic activation, except those of MIP-1β, which presented a statistical difference between T24h and T21d with a decrease in the concentration levels. IL-8, GM-CSF, IL-1β, MIP-1β, and TNF-α showed the highest concentrations over time. Conclusions: The different behavior in the levels of the investigated cytokines indicates a role of these biomarkers in the tissue remodeling induced by Invisalign.

RESUMO Introdução: a busca por dispositivos ortodônticos mais estéticos e confortáveis gerou um aumento no uso de alinhadores transparentes. Objetivo: ampliar o conhecimento sobre os mecanismos biológicos associados ao movimento dentário ortodôntico promovido por alinhadores Invisalign®. Métodos: a amostra foi constituída por 11 pacientes, com idade média de 23,6 ± 4,8 anos. O planejamento dos casos incluiu alinhamento e nivelamento de incisivos inferiores usando os alinhadores. O fluido gengival crevicular foi coletado na superfície vestibular de incisivos inferiores no dia da entrega do alinhador número 1 (T0) e após 1 (T24h), 7 (T7d) e 21 (T21d) dias. Durante o período de observação do estudo, os pacientes utilizaram apenas o alinhador número 1. Os níveis de nove citocinas foram quantificados por meio do sistema Luminex de multianálise. Testes não paramétricos foram realizados para comparações entre os níveis de expressão de citocinas ao longo do tempo. Resultados: a concentração das citocinas manteve-se constante após 21 dias de ativação ortodôntica, exceto a MIP-1β, que apresentou uma redução estatisticamente significativa entre os tempos T24h e T21d. As IL-8, GM-CSF, IL-1β, MIP-1β e TNF-α apresentaram as maiores concentrações ao longo do tempo. Conclusão: a constância na expressão dos níveis das citocinas parece estar compatível com o estímulo mecânico induzido por alinhadores.

Somatosensory, inflammatory and pain evaluation during orthodontic treatment / Avaliação das alterações dolorosas, inflamatórias e somatossensoriais em pacientes durante tratamento ortodôntico

Experimental tooth movement has been shown to induce inflammation and release of chemical mediators. Inflammation can also alter nerve function that can be measured with Quantitative Sensory Testing (QST). Various authors have studied orthodontic pain and the different factors that modify it. But, to our knowledge none studied a possible individual endogenous analgesia effect on orthodontic induced-pain. The aim of the present study was to investigate the impact of orthodontic separator and short-term fixed orthodontic appliance on the somatosensory function and gingival cervicular fluid (GCF) levels of IL-1ß, IL-8, IL-6 and TNF-α. Thirty patients were evaluated as follow: baseline, 24h-after elastomeric separator (24h-aES), 24h and 1 month after bonding the fixed appliance (aBFA) at maxillary and mandibular arch. The outcome variables were: self-reported pain, QSTs (current perception threshold, cold detection threshold, warm detection threshold, mechanical detection threshold, mechanical supra threshold and wind-up ratio, CPM and sample from the GCF in order to assess cytokines profile (IL-1ß, IL-8, IL-6 and TNF-α). ANOVA and Tukey's post hoc analyses were performed (a = 5%). The participants were divided in two groups: G1) RESPONDERS (more than 10% decrease in WUR); G2) NON-RESPONDERS (not show more than 10% decrease in WUR). T-test for independent sample was performed. A Bonferroni correction lowered the significance level to 0.1% (p = 0.001) as the cut-off point to establish the statistical significance for the mean difference between CPM responders and non-responders. Patients were less sensitive to pin prick pain (MST) at 24h (p<0.020) and 1month-aBFA (p<0.002) when compared to baseline. Significant increases in IL-6 levels were observed 24h-aBFA (p<0.023) and in IL-1ß (p<0.001) and TNF-α (p<0.026) levels at 1 month-aBFA when compared to baseline values (p<0.023). There was no significant difference in somatosensory function, pain report and GCF cytokines when compared between G1 and G2. In conclusion, orthodontic-induced inflammation may have a modality specific effect on somatosensory function of the trigeminal system. In addition, elastic separators seem not an ideal model to study possible inflammatory changes following orthodontic tooth movement. Moreover, CPM efficiency may not significantly influence somatosensory function, pain intensity or released of inflammatory cytokines following orthodontic tooth movement up to 1 month. However, remained to be confirmed and further investigations are required in intraoral somatosensory assessment.(AU)

O movimento dentário experimental demonstrou induzir inflamação e liberação de mediadores químicos. A inflamação também pode alterar a função nervosa que pode ser medida através de testes quantitativos sensoriais (QST). Vários autores estudaram a dor ortodôntica e os diferentes fatores que a modificam. Mas, ao nosso conhecimento, não há estudos avaliando o efeito da analgesia endógena individual na dor induzida por ortodontia. O objetivo do presente estudo foi investigar o impacto do separador ortodôntico e do aparelho ortodôntico fixo de curta duração na função somatossensorial e nos níveis do fluido cervical gengival (GCF) de IL-1ß, IL-8, IL-6 e TNF-α. Trinta pacientes foram avaliados da seguinte forma: valores basais, 24 horas após separador elástico (24h- AES), 24h e 1 mês após a ligação do aparelho fixo (aBFA) no arco maxilar e mandibular. As variáveis avaliadas foram: dor, QSTs (limiar de percepção elétrica, limiar de detecção ao frio, limiar de detecção ao quente, limiar de detecção mecânica, supralimiar mecânico e razão de somação temporal, CPM e amostra do GCF para avaliar perfil das citocinas ( IL-1ß, IL-8, IL-6 e TNF-α). A ANOVA e as análises post hoc de Tukey foram realizadas (a = 5%). Os participantes foram divididos em dois grupos: G1) CPM-RESPONDENTES (diminuição de mais de 10% em WUR); G2) CPM-NÃO RESPONDENTES (não mostra mais de 10% de diminuição na WUR). Foi realizado teste T para amostra independente. Uma correção de Bonferroni reduziu o nível de significância para 0,1% (p = 0,001) como ponto de corte para estabelecer a significância estatística para a diferença média entre G1 o G2. Os pacientes eram menos sensíveis à dor de pin (MST) às 24h (p <0,020) e 1 mês-aBFA (p <0,002) quando comparado à linha de base. Observaram-se aumentos significativos nos níveis de IL-6 níveis 24h-aBFA (p <0,023) e nos níveis de IL-1ß (p <0,001) e TNF-α (p <0,026) em 1 mês-aBFA quando comparados aos valores basais (p < 0,023). Não houve diferença significativa na função somatossensorial, no relatório da dor e citocinas do FCG quando comparadas entre G1 e G2. Em conclusão, a inflamação induzida por ortodontia pode ter um efeito de modalidade específico na função somatossensorial do sistema trigeminal. Além disso, os separadores elásticos não parecem ser um modelo ideal para estudar possíveis alterações inflamatórias após o movimento dentário ortodôntico. Além disso, a eficiência de CPM pode não influenciar significativamente a função somatossensorial, intensidade da dor ou liberação de citocinas inflamatórias após o movimento dentário ortodôntico até 1 mês. No entanto, outras investigações são necessárias na avaliação somatossensorial intraoral.(AU)

Validation of an alternative absorbent paper for collecting gingival crevicular fluid / Validação de um papel absorvente para coleta de fluido crevicular gengival

O Fluido Crevicular Gengival (FCG) expressa a condição inflamatória periodontal, sendo seu volume e composição importantes para o estudo da patogênese da mesma. Este estudo investigou um papel absorvente alternativo (T) para coleta de FCG confeccionado nas mesmas medidasdo grupo referência (R, Periopaper®). Foram, então, constituídas curvas-padrão para R e T, em três tempos experimentais entre a embebição e a leitura no Periotron®[imediatamente (T1), 15 (T2) e 30 (T3) segundos após]. As médias das Unidades de Periotron® (UP) foram comparadas(teste t, amostras independentes) e não foram observadas diferenças entre R e T, em T1 (R = 73,8; T = 64,6), T2(R = 69,9; T = 61,4) e T3 (R = 66,6; T = 58,1). Na avaliação intragrupo (ANOVA) não foram observadas diferenças para R e T nos tempos experimentais. O Coeficiente de Correlação Intraclasse entre os grupos foi excelente (T1 = 0,95, T2= 0,92 e T3 = 0,96). Conclui-se que o dispositivo alternativo pode ser utilizado para coleta de FC e que intervalos de até 30 segundos, entre a embebição e a leitura no Periotron®, não influenciaram as medidas.

Gingival crevicular fluid (GCF) is a marker of periodontal inflammatory status and thus its volume and composition are important to assess the pathogenesis of this inflammatory condition. This study investigated an alternative absorbent paper (test group, T) for collecting GCF comparing to thereference paper (R, Periopaper®) Standard curves for R and T were plotted after the tests at three time intervals between GCF collection and readings on the Periotron® [immediatelyafter collection (T1) and after 15 (T2) and 30 (T3) seconds]. Mean results as read in Periotron® units (PU) were compared (t test for independent samples), and no differences were found between R and T at T1 (R = 73.8, T = 64.6), T2 (R =69.9, T = 61.4) or T3 (R = 66.6, T = 58.1). Intragroup assessment (ANOVA) also revealed no difference for R and T at T1, T2 or T3. The intraclass correlation coefficientbetween groups was excellent (T1 = 0.95, T2 = 0.92 and T3= 0.96). These results suggest that the alternative GCFcollection method using paper strips is accurate and that intervals of up to 30 seconds between GCF collection andreading on the Periotron® do not influence the measurements.

Validation of an alternative absorbent paper for collecting gingival crevicular fluid/Validação de um papel absorvente para coleta de Fluido Crevicular Gengival

O Fluido Crevicular Gengival (FCG) expressa a condição inflamatória periodontal, sendo seu volume e composição importantes para o estudo da patogênese da mesma. Este estudo investigou um papel absorvente alternativo (T) para coleta de FCG confeccionado nas mesmas medidasdo grupo referência (R, Periopaper®). Foram, então, constituídas curvas-padrão para R e T, em três tempos experimentais entre a embebição e a leitura no Periotron®[imediatamente (T1), 15 (T2) e 30 (T3) segundos após]. As médias das Unidades de Periotron® (UP) foram comparadas(teste t, amostras independentes) e não foram observadas diferenças entre R e T, em T1 (R = 73,8; T = 64,6), T2(R = 69,9; T = 61,4) e T3 (R = 66,6; T = 58,1). Na avaliação intragrupo (ANOVA) não foram observadas diferenças para R e T nos tempos experimentais. O Coeficiente de Correlação Intraclasse entre os grupos foi excelente (T1 = 0,95, T2= 0,92 e T3 = 0,96). Conclui-se que o dispositivo alternativo pode ser utilizado para coleta de FC e que intervalos de até 30 segundos, entre a embebição e a leitura no Periotron®, não influenciaram as medidas.

Gingival crevicular fluid (GCF) is a marker of periodontal inflammatory status and thus its volume and composition are important to assess the pathogenesis of this inflammatory condition. This study investigated an alternative absorbent paper (test group, T) for collecting GCF comparing to thereference paper (R, Periopaper®) Standard curves for R and T were plotted after the tests at three time intervals between GCF collection and readings on the Periotron® [immediatelyafter collection (T1) and after 15 (T2) and 30 (T3) seconds]. Mean results as read in Periotron® units (PU) were compared (t test for independent samples), and no differences were found between R and T at T1 (R = 73.8, T = 64.6), T2 (R =69.9, T = 61.4) or T3 (R = 66.6, T = 58.1). Intragroup assessment (ANOVA) also revealed no difference for R and T at T1, T2 or T3. The intraclass correlation coefficientbetween groups was excellent (T1 = 0.95, T2 = 0.92 and T3= 0.96). These results suggest that the alternative GCFcollection method using paper strips is accurate and that intervals of up to 30 seconds between GCF collection andreading on the Periotron® do not influence the measurements