Korrelation biomechanischer Untersuchungen mit histologischen Ergebnissen zur kieferorthopädischen Zahnbewegung im Rattenmodell

Abstract

Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass parodontale Ligamentzellen osteogenes Potential und die Fähigkeit zur osteoblastären Differenzierung durch mechanische Stimulation in vitro und in vivo über den ERK-Signaltransduktionsweg besitzen. <br /> Ziel dieser Arbeit war es, in ausgewählten Abschnitten der Zug- und Druckzonen des Parodontalligamentes von Rattenmolaren den Anteil von phosphorylierter ERK1/2-positiven Zellen, PCNA-positiven Zellen und Runx2/Cbfa-1-positiven Zellen mit biomechanischen Untersuchungen der Verzerrungs- und Spannungsverteilung zu korrelieren. <br /> In einer vorangegangenen Arbeit wurde der rechte obere erste Molar von insgesamt 25 anästhesierten Ratten mit einer Kraft belastet, um den Zahn mesial zu bewegen. Konstante Kräfte von 0,25 N und 0,5 N wurden über vier Stunden an fünf Versuchstieren angewendet. Im weiteren Versuchsansatz wurden intermittierende Kräfte von 0,1 N und 0,25 Hz bei fünf verschiedenen Tieren über vier Stunden appliziert. Die unbehandelte kontralaterale Seite wurde bei allen Tieren als Kontrolle verwendet. In der entsprechenden vorangegangenen Dissertation wurden in Paraffin eingebettete Schnitte quantitativ immunhistochemisch auf die Faktoren PCNA, Runx2/Cbfa-1 und phosphorylierte ERK1/2 untersucht. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigten, dass in ausgewählten Abschnitten der Zugregionen der Anteil von pERK1/2-positiven Zellen vergrößert war, verglichen mit den Abschnitten der Kontrollzähne in den verschiedenen Gruppen. Im Gegensatz dazu waren in ausgewählten Abschnitten der Druckzonen die Anteile nur dort vergrößert, in denen intermittierende Kräfte angewendet wurden. In repräsentativen Gebieten der Druck- und Zugzonen waren die Anteile Runx2-positiver Zellen nach Applikation konstanter Kräfte vermindert. Nach der Applikation konstanter Kräfte über vier Stunden waren die Anteile PCNA-positiver Zellen in der Zug- und Druckzone geringer als in der Kontrollgruppe. <br /> In der vorliegenden Arbeit wurden nunmehr die Faktoren pERK1/2, Runx2/Cbfa-1 und PCNA mit den Komponenten der Normaldehnungen (ε_yy, ε_zz), der Scherung (γ_yz) und dem Äquivalent der Verzerrung gegenübergesetellt. Die numerischen Untersuchungen wurden an insgesamt sechs Modellen der Präparate durchgeführt, für die Rattengruppen mit 0,25 N (vier Stunden), 0,5 N (vier Stunden) und 0,1 N (intermittierende Kraft über vier Stunden). Die Simulationen der Normaldehnung ε_yy und der Scherung γ_yz führten zur einer Stauchung des Parodontalligamentes im mesiokoronalen Bereich und zu einer Streckung der parodontalen Fasern im distokoronalen Bereich. Die Dehnungskomponente ε_zz führte dazu, dass das Parodontalligament im mesiokoronalen Bereich gestreckt und im distokoronalen Bereich gestaucht wird. Die Vergleichswerte der Verzerrung „Äquivalent of total strain“ konnten die PDL-Belastung charakterisieren. Unter jeder untersuchten Kraftapplikation (0,25 N, 0,5 N, 0,1 N) war die PDL-Belastung auf der Druckseite höher im Vergleich zur Zugseite. <br /> Die Faktoren pERK1/2, Runx2/Cbfa-1 und PCNA sind an der osteoblastären Differenzierung parodontaler Ligamentzellen unter verschiedener mechanischen Belastung beteiligt. In dieser kombinierten biomechanisch-histologischen Studie konnte bestätigt werden, dass es sowohl in den Zug- als auch in den Druckzonen eine Korrelation zwischen pERK1/2-positiven Zellen und der osteoblastären Differenzierung gibt.