Biological alterations associated with the orthodontic treatment with conventional appliances and aligners A systematic review of clinical and preclinical evidence

Abstract

Background: Mechanical forces applied during an orthodontic tooth movement (OTM) propel a number of biochemical and molecular responses in the periodontal ligament and alveolar bone. This review compiles the existing clinical and preclinical evidence on these biological changes, aiming to provide a comprehensive discussion on the influence of the mechanical parameters of the OTM in the biological profile of the periodontum. Material and methods: This systematic integrative review was conducted according to PICOS strategy and PRISMA guidelines. A bibliographic search was performed in three electronic databases to find research articles published until 2023 and written in English. This search resulted in a total of 2279 publications, which were independently assessed by two evaluators using appropriate tools. Results: In the initial phase of the OTM, compression and stretching of the periodontal ligament fibers and cells are observed. Specifically, on the tension side, high levels of IL-1β, OPG and TIMPs are identified. On the compression side, an increase in RANKL, RANK and MMPs levels predominate. The application of a superior and continuous force does not upregulate these mediators but increases the risk of root resorption and hyalinization. Conclusion: This paper describes the release profile of common biomarkers according to the orthodontic protocol, suggesting the most appropriate parameters to keep the teeth and their supporting structures healthy. Overall, this manuscript provides a better understanding of the OTM-associated biological phenomena, also highlighting the importance of early evaluation of oral health, and thus it contributes as a fundamental basis for the development of more effective and safe orthodontic treatments.

Introdução: As forças mecânicas aplicadas durante um movimento dentário ortodôntico (OTM, do inglês orthodontic tooth movement) impulsionam uma série de respostas bioquímicas e moleculares no ligamento periodontal e no osso alveolar. Esta revisão compila as evidências clínicas e pré-clínicas existentes sobre estas alterações biológicas, com o objetivo de proporcionar uma discussão abrangente sobre a influência dos parâmetros mecânicos do OTM no perfil biológico do periodonto. Material e métodos: Esta revisão sistemática integrativa foi conduzida de acordo com a estratégia PICOS e as diretrizes PRISMA. Foi realizada uma pesquisa bibliográfica em três bases de dados para encontrar artigos originais publicados até 2023 e escritos em inglês. Esta pesquisa resultou num total de 2279 publicações, que foram analisadas de forma independente por dois avaliadores, utilizando ferramentas apropriadas. Resultados: Na fase inicial do OTM, observa-se compressão e alongamento das fibras e células do ligamento periodontal. Especificamente, no lado da tensão, são identificados níveis elevados de IL-1β, OPG e TIMPs. No lado da compressão, predomina um aumento dos níveis de RANKL, RANK e MMPs. A aplicação de uma força superior não aumenta a libertação destes mediadores, mas aumenta o risco de reabsorção radicular e hialinização. Conclusão: Este artigo descreve como os biomarcadores comuns variam de acordo com o protocolo ortodôntico, sugerindo os parâmetros mais apropriados para manter os dentes e as suas estruturas de suporte saudáveis. Globalmente, esta tese proporciona uma melhor compreensão dos fenómenos biológicos associados à OTM, salientando também a importância de uma avaliação precoce da saúde oral, contribuindo assim como base fundamental para o desenvolvimento de tratamentos ortodônticos mais eficazes e seguros.