Evaluation of the Biomechanical Response of Orthodontic Tooth Movement to Clear Aligner vs Fixed Orthodontic Appliance

1. Einführung

   Die kieferorthopädische Zahnbewegung (OTM) ist ein biologisch vermittelter Prozess, der als Reaktion auf mechanische Kräfte auftritt, die auf die Zähne ausgeübt werden. Diese Kräfte sollten idealerweise kontinuierlich und kontrolliert sein, da sie zelluläre und molekulare Veränderungen im Parodontalligament (PDL) und im umgebenden Alveolarknochen auslösen. Mechanische Belastung führt zu vaskulären Veränderungen im PDL, gefolgt von der Freisetzung entzündlicher Mediatoren, die die Knochenmodellierung und -umbildung regulieren. Diese Kaskade führt letztendlich zu osteoklastischer Knochenresorption auf der Druckseite und osteoblastischer Knochenbildung auf der Zugseite.

   Die gingivale Sulkusflüssigkeit (GCF) ist ein Serumtranssudat oder entzündliches Exsudat, das aus dem Gingivalsulkus stammt und erstmals von Alfano beschrieben wurde. Sie dient als wertvolles, nicht-invasives Medium zur Überwachung biochemischer Veränderungen, die während der kieferorthopädischen Behandlung im Parodont auftreten. GCF enthält eine Vielzahl biologisch aktiver Moleküle, darunter Proteine, Zytokine, bakterielle Antigene, Enzyme, Elektrolyte und kleine organische Verbindungen, die sowohl aus Wirtsgeweben als auch aus oralen Mikroorganismen stammen.

   Die Anwendung kieferorthopädischer Kräfte, insbesondere bei vorhandener Plaqueakkumulation, induziert eine lokalisierte Entzündungsreaktion in den parodontalen Geweben. Diese Reaktion ist durch die Aktivierung und Freisetzung entzündlicher Zytokine wie Matrix-Metalloproteinasen (MMPs), Interleukine (ILs) und Tumornekrosefaktor-alpha (TNF-α) gekennzeichnet. Unter diesen spielt Interleukin-1 (IL-1), insbesondere IL-1β, eine zentrale Rolle bei der Immunregulation und akut-entzündlichen Reaktionen. Während der kieferorthopädischen Zahnbewegung sind die IL-1β-Spiegel in menschlichen gingivalen Fibroblasten und GCF signifikant erhöht, was eine erhöhte osteoklastische Aktivität widerspiegelt.

   Prostaglandin E2 (PGE2) ist ein weiterer wichtiger Entzündungsmediator, der an der kieferorthopädischen Zahnbewegung beteiligt ist. Erhöhte Spiegel von IL-1β und PGE2 werden typischerweise in der frühen Phase der kieferorthopädischen Behandlung beobachtet. IL-1β fördert die Osteoklastendifferenzierung und -aktivierung, während PGE2 synergistisch wirkt, um die Knochenresorption zu verstärken. Zusammen erleichtern diese Mediatoren die Zahnbewegung und die alveoläre Knochenumbildung.

   Die kieferorthopädische Zahnbewegung erfolgt in verschiedenen Phasen, einschließlich einer Initialphase, einer Latenzphase und einer Sekundärphase. In der Sekundärphase überwiegt die direkte Knochenresorption nach der Entfernung hyalinisierten Gewebes durch unterminierende Resorption. Während dieser Zeit erweitert sich der PDL-Raum, was zu einer erhöhten Zahnbeweglichkeit führt. Zahnbeweglichkeit ist ein physiologisches Phänomen, das aus den viskoelastischen Eigenschaften des PDL und den strukturellen Merkmalen des Alveolarknochens resultiert. Es ist allgemein anerkannt, dass die Zahnbeweglichkeit während der aktiven kieferorthopädischen Behandlung zunimmt und während der Retentionsphase allmählich auf das Ausgangsniveau zurückkehrt.

   Die Bewertung der Zahnbeweglichkeit ist ein wichtiger klinischer Parameter, der zur Beurteilung der parodontalen Unterstützung und biomechanischen Reaktionen während der kieferorthopädischen Behandlung verwendet wird. Die Überwachung von Beweglichkeitsveränderungen kann helfen, Behandlungsergebnisse vorherzusagen, potenzielle Risiken zu identifizieren und ein posttherapeutisches Rezidiv zu verhindern. Es liegen jedoch nur begrenzte Daten zu langfristigen Veränderungen der Zahnbeweglichkeit vom Beginn der kieferorthopädischen Behandlung bis zur Retentionsphase vor.

   Fortschritte in der digitalen Kieferorthopädie, einschließlich intraoraler Scanner, CAD/CAM-Systeme und 3D-Druck, haben die kieferorthopädische Diagnose und Behandlungsplanung revolutioniert. Digitale Studienmodelle haben konventionelle Gipsmodelle aufgrund ihrer Genauigkeit, Effizienz, reduzierten Lageranforderungen und verbesserten Patientenzufriedenheit weitgehend ersetzt. Virtuelle Modelle ermöglichen präzise Messung, Simulation und Überlagerung und erleichtern die quantitative Bewertung der Zahnbewegung über die Zeit.

   Die dreidimensionale Überlagerung serieller digitaler Modelle ermöglicht eine genaue Bewertung der kieferorthopädischen Zahnbewegung durch die Registrierung von Modellen in einem gemeinsamen Koordinatensystem. Dieser Ansatz ist in der modernen Kieferorthopädie entscheidend für die Bewertung der Behandlungseffizienz und Appliance-Leistung.

   Die Behandlung mit durchsichtigen Alignern hat aufgrund steigender ästhetischer Anforderungen und des Patientenkomforts an Beliebtheit gewonnen. Aligner üben intermittierende kieferorthopädische Kräfte aus, die die biologische Reaktion der parodontalen Gewebe möglicherweise anders beeinflussen als kontinuierliche Kräfte, die durch feste Apparaturen ausgeübt werden. Obwohl Aligner Vorteile wie verbesserte Mundhygiene und Ästhetik bieten, ist die Evidenz bezüglich ihres Einflusses auf den Knochenstoffwechsel und die Produktion entzündlicher Mediatoren begrenzt.

   Daher zielt diese Studie darauf ab, die biologischen und mechanischen Reaktionen, die mit der kieferorthopädischen Zahnbewegung verbunden sind, bei der Verwendung von durchsichtigen Alignern im Vergleich zu festen kieferorthopädischen Apparaturen durch die Bewertung von Entzündungsbiomarkern (IL-1β und PGE2), Zahnbeweglichkeit und dem Ausmaß der Zahnbewegung, bewertet durch 3D-digitale Überlagerung, zu vergleichen.

2. Ziel der Studie

   Das Ziel dieser Studie ist es, die biologischen und mechanischen Reaktionen der kieferorthopädischen Zahnbewegung zwischen Patienten, die mit durchsichtigen Alignern behandelt werden, und solchen, die mit festen voreingestellten Edgewise-Apparaturen behandelt werden, durch Bewertung von zu vergleichen:

   Entzündungsmediatoren (IL-1β und PGE2) in der gingivalen Sulkusflüssigkeit

   Zahnbeweglichkeit

   Ausmaß der Zahnbewegung unter Verwendung von 3D-digitaler Überlagerung

3. Patienten und Methoden Studiendesign

   Diese Studie ist als prospektive, randomisierte vergleichende klinische Studie konzipiert, um die Auswirkungen fester kieferorthopädischer Apparaturen und durchsichtiger Aligner auf biologische und mechanische Parameter der kieferorthopädischen Zahnbewegung zu evaluieren und zu vergleichen.

   Stichprobengröße

   Die Berechnung der Stichprobengröße wurde mit der G*Power-Software (Version 3.1.9.7) mit einer Teststärke von 90 %, einer Typ-I-Fehlerrate von 5 % und einem einseitigen statistischen Test durchgeführt. Basierend auf einer Effektgröße (f = 1,4034537), die aus der Studie von Muhammad Abdullah Kamran et al. abgeleitet wurde, und mittleren IL-1β-Werten von 21,45 ± 1,88 für feste Apparaturen und 18,29 ± 2,57 für durchsichtige Aligner betrug die erforderliche Mindeststichprobengröße 18 Patienten. Um potenzielle Dropouts auszugleichen, wurde die Stichprobengröße auf 20 Patienten erhöht.

   Die Teilnehmer werden gleichmäßig in zwei Gruppen aufgeteilt:

   Gruppe I (Feste Apparatur-Gruppe): 10 Patienten

   Gruppe II (Durchsichtige Aligner-Gruppe): 10 Patienten

   Randomisierung

   Die Teilnehmer werden mithilfe einer computergenerierten Randomisierungssequenz zufällig einer der beiden Studiengruppen zugeteilt. Die Verbindung wird gewährleistet, und der für die Ergebnisbewertung verantwortliche Kliniker wird bezüglich der Gruppenzuweisung verblindet sein.

   Ethische Erwägungen

   Vor der Einschreibung wird von allen Teilnehmern eine schriftliche Einwilligungserklärung eingeholt

   Das Studienprotokoll wird von der Forschungsethikkommission der Mansoura University genehmigt

   Die Studie wird gemäß ethischer Richtlinien und Vorschriften durchgeführt

4. Methodik Initiale digitale Aufzeichnungen

   Baseline intraorale Scans werden mit einem digitalen intraoralen Scanner (z. B. iTero oder TRIOS) durchgeführt, um die Ausgangsposition der Zähne aufzuzeichnen und als Referenz für die 3D-Überlagerung zu dienen.

   Durchsichtige Aligner-Gruppe

   Digitale Behandlungsplanung wird durchgeführt

   Aligner werden mittels Thermoformtechniken hergestellt

   Eine durchsichtige thermoplastische Folie (z. B. Duran) wird erhitzt und druck- oder vakuumgeformt über einem 3D-gedruckten Modell

   Aligner werden zugeschnitten, fertiggestellt, poliert und an den Patienten ausgehändigt

   Feste Apparatur-Gruppe

   Voreingestellte Edgewise-Brackets werden geklebt

   Initiale Ausrichtung und Nivellierung werden mit einem 0,012-Zoll-Nickel-Titan-Bogen durchgeführt

5. Statistische Analyse

   Die Daten werden unter Verwendung geeigneter parametrischer oder nicht-parametrischer Tests in Abhängigkeit von der Datenverteilung statistisch analysiert. Die Signifikanz wird auf p ≤ 0,05 festgelegt.

6. Dauer der Studie

Die Studiendauer wird auf 8 Monate bis 1 Jahr geschätzt.

8. Kosten

Die geschätzten Gesamtkosten der Studie betragen 120.000 ägyptische Pfund.