Resorbsi dan aposisi tulang alveolar Remodeling sekunder Dr. drg. Tita Ratya Utari Sp. Ort 23 April 2016
TULANG Tulang adalah jaringan dinamis yang mengalami adaptasi terus menerus selama hidup untuk mencapai dan mempertahankan ukuran skeletal, bentuk, dan integritas struktural dan untuk mengatur homeostasis mineral. Remodeling tulang mempertahankan integritas kerangka melalui aktivitas yang seimbang dari jenis sel penyusunnya dan menjaga homeostasis mineral.
Alveolar Bone Tulang kortikal tipis dan berpori (lamina dura) Cairan dipompa masuk dan keluar dari PDL Di bawah tulang trabekular Mengalami remodelling sebelum gigi bisa digerakkan
Ligamen periodontal dan tulang alveolar adalah dua struktur penting yang secara aktif berperan dalam proses remodeling tulang sebagai respon terhadap kekuatan mekanik. Fibroblast, osteoblas, osteosit, osteoklas, odontoblasts, cementoblasts, kondrosit dan sel-sel kekebalan (immune cells) adalah jenis sel utama yang memiliki peran interaktif dalam proses remodeling (Nayak dkk., 2013).
Pergerakan Gigi Kekuatan akan mendorong gigi ke dinding tulang alveolus, membrana periodontalis terjepit diantara gigi dan dinding alveolus, terjadi resorpsi tulang didaerah itu. Daerah yg berlawanan, gigi menjauh dari dinding tulang alveolus, melebarnya membrana periodontalis memberikan tarikan, daerah itu terjadi aposisi tulang. Proses remodeling tulang dirangsang oleh pemberian kekuatan pada gigi, gigi berpindah dan integritas tulang tetap terpelihara. Gigi bergerak dlm tahap: Segera setelah pemberian kekuatan, gigi bergerak karena elastisitas tulang. Setelah periode diam, gigi bergerak karena resorpsi.
Aksioma dasar perawatan ortodontik adalah bone traces tooth movement (tulang mengikuti jejak gerakan gigi), yang berarti jika terjadi gerakan gigi secara ortodontik tulang disekitar soket alveolus akan remodeling dalam derajat yang sama besar (Reitan, 1964). Sehingga berkembang rasio remodeling tulang (bone/b) dengan gerakan gigi (teeth/t) (B:T) 1:1 (Vardimon dkk, 1998).
FASE GERAKAN GIGI Initial tipping phase Progres gerakan gigi dibagi dalam tiga stage (Burstone): Lag phase Post lag phase (progressive tooth movement)
Initial tipping terjadi ketika kekuatan (tip) diberikan pada mahkota gigi. Ligamen periodontal (PDL) dikompresi dekat marginal alveolar di sisi ke arah mana gigi tersebut akan digerakkan. Di sisi berlawanan, PDL melebar atau berada di bawah regangan. The lag phase represents a delay in movement, which reflects recruitment of cells and the establishment of a microenvironment that will allow the PDL and bone to remodel. This is when osteoclasts are recruited to the area and osteoblasts are activated The final phase represents tissue turnover, which allows reduction of the applied strain terminating in tooth movement and appliance deactivation. Bone resorption is dominant in pressure areas, and bone formation is dominant in areas of tension.
BONE REMODELING Bone remodelling terdiri dari dua tahap yang berbeda, yaitu resorpsi tulang, removal mineral-mineral dan serat-serta collagen dari tulang oleh osteoclasts, dan deposition tulang, penambahan mineral-mineral dan serat-serat collagen pada tulang oleh osteoblasts.
Urutan Bone Remodeling
Remodelling Proses remodelling dilakukan oleh osteoblast dan osteoclast. Sel-sel tersebut umumnya berasal dari dalam membrana periodontalis, dan pembuluh darah. Stimulus merangsang osteoblast dan osteoclast menjadi aktif. Aktivitasnya memerlukan banyak energi, sehingga dalam selnya banyak mengandung mitochondria. Sistem vaskularisasi harus memadai dan sumber sel yang potensial dan dapat diaktifkan dengan cepat.
Membrana periodontalis terletak diantara gigi dan tulang alveolus. Tekanan yang mengenai gigi akan menjepit membrana periodontalis. Tekanan yang kuat akan menyebabkan pembuluh darah tersumbat. Tersumbatnya pembuluh darah akan menyebabkan tidak aktifnya komponen sel-sel dalam membrana periodontalis dan mungkin akan menyebabkan matinya sel-sel tersebut. Oleh karena itu pemberian kekuatan tidak boleh terlampau kuat sehingga pembuluh darah menjadi terjepit
Resorpsi Kekuatan akan mendorong gigi ke dinding tulang alveolus, Membrana periodontalis terjepit diantara gigi dan dinding Alveolus, terjadi resorpsi tulang didaerah itu. Daerah yang berlawanan, gigi menjauh dari dinding tulang alveolus, melebarnya membrana periodontalis memberikan tarikan, daerah itu terjadi aposisi tulang. Proses remodeling tulang dirangsang oleh pemberian kekuatan pada gigi, gigi berpindah dan integritas tulang tetap terpelihara Gigi bergerak dalam 2 tahap : 1. Segera setelah pemberian kekuatan, gigi bergerak karena elastisitas tulang. 2. Setelah periode diam, gigi bergerak karena resorpsi.
Fenomena biologis pd gerakan gigi secara ortodontik meliputi: 1. Stimulus 2. Transducer 3. Respon
Pergerakan Gigi dan Modeling Tulang Laju pergerakan gigi berhubungan dengan efisiensi modeling tulang dan respon remodeling di tulang alveolar. Gambar disamping merupakan gambaran histologi dari frontal resorpsi di sepanjang PDL dengan remodeling yang berlangsung dalam jalur pergerakan. Koordinasi antara PDL dan pemodelan tulang periosteal memungkinkan gigi untuk mempertahankan dukungan periodontal sambil mengubah posisi relatif terhadap apical base.
(a). Gambar histologi undermining remodeling. (b). Zona kompresi maksimal PDL premolar mandibula ujung arah labial. Cr: Center of Rotation Kekuatan ortodontik adalah beban statis yang ditumpangkan pada fungsi (Roberts et al, 1984). Saat PDL terkompresi maksimal, beban fungsional yang berat di alihkan secara langsung ke area lamina dura. Hal ini menimbulkan hipotesis bahwa beban dinamik hasil pengunyahan mempercepat kerusakan fatiq dalam tulang yang berdampingan dengan nekriotik PDL. Kemudian, undermining resorption menghapus tulang yang rusak, yang memungkinkan gigi dapat bergerak.
Namun, remodeling tulang dari proses alveolar pergerakan gigi yang terus menerus, muncul menjadi atropik yang sama dan mekanisme hipertropik yang operatif terhadap adaptasi fungsional di seluruh tulang. PDL merupakan properti biomekanik yang unik yang memungkinkan menghasilkan respon modeling tulang bahkan terhadap beban postural yang ringan R: Remodeling M: Anabolik dan katabolik modeling R: Resorpsi F: Formasi
Modeling Anabolik dan Katabolik Gambar disamping mendemostrasikan modeling anabolik dan katabolik didalam proses alveolar pada arah pergerakan gigi. Proses Alveolar yang menipis oleh resorpsi tulang pada permukaan PDL, lempeng labial dari tulang terkena ketegangan fungsional yang berlebihan. Sebuah reaksi Hipertropik pada permukaan periosteal menambah tulang untuk mengembalikan tingkat regangan ke kisaran optimal. CM: Catabolik modeling. AM: Anabolic modeling
Gambar disamping menunjukkan reaksi komplimentari di dalam proses alveolar yang mengikuti pergerakan gigi. Saat proses alveolar menipis oleh karena aposisi tulang pada permukaan PDL, permukaan periosteal terkena ketegangan fungsional yang tidak memadai. Modeling katabolik dipacu oleh mekanisme atropik. Proses alveolar menipis sampai permukaan tegangan pada permukaan penyerap kembali ke kisaran fisiologis yang optimal. Gigi bergerak menjauh dari tulang alveolar, modeling anabolik dan katabolik reposisi ujung alveolar untuk menjaga dukungan optimal periodontal untuk gigi. CM: Catabolik modeling. AM: Anabolic modeling
In summary Dapat disimpulkan bahwa respon koordinasi modeling dan remodeling dari tulang pendukung selama pergerakan gigi dikontrol secara mandiri dari respon PDL. Di dalam PDL dan sepanjang permukaan periosteal, reaksi osteogenik terjadi melalui mekanisme hipertropik. Namun, respon osteoclastik pada PDL/bone interface, setidaknya pada inisiasi pergerakan gigi, muncul sebagai respon kegagalan. Modeling catabolik pada permukaan periosteal terkait dengan atropi yang tidak terpakai.
Metabolisme Calsium dan Pergerakan Gigi Defisiensi renal diasosiasikan dengan tingkat parathyroid yang tinggi yang menigkatkan remodeling tulang proses alveolar. Tingginya aktifitas remodeling tulang pada tulang alveolar membantu respon pergerakan gigi (Shirazi et al, 2001). Aktifitas metabolit vitamin D, yang meningkatkan respon osteoclast (remodeling) di tulang alveolar, berkaitan dengan peningkatan laju pergerakan gigi (Takano-Yamamoto et al, 1992). Dari prespective orthodontik, biomekanik dan metabolisme kasium mempunyai pengaruh yang kuat terhadap tulang alveolar. Kondisi hormonal lain yang bisa menambah laju pergantian skeletal dan meningkatkan laju pergerakan gigi adalah tingkat hormon estrogen yang tinggi saat kehamilan (Hellsing dan Hammarstrom, 1991; Roberts et al, 2006a).
Macam Resorpsi 1. Frontal resorption. Bila pembuluh darah dalam membrana periodontalis tidak tersumbat, resorpsi tulang terjadi langsung pada permukaan tulang. 2. Undermining resorption / rear resorption Bila tekanan yang diberikan terlalu kuat, pembuluh darah tertutup, catu darah tidak ada, kemunduran jaringan (regresi), sel sel menghilang, degenerasi hyalin. Resorpsi mulai dari substantia spongiosa menuju ke permukaan tulang alveolus. Mula-mula jaringan nekrotik diserap, diikuti pebentukan jaringan baru.
Frontal resorption because it occurs between the root and the lamina dura.
Light, continuous forces Osteoclasts formed Removing lamina dura Tooth movement begins This process is called FRONTAL RESORPTION.
LIGHT forces leading to FRONTAL RESORPTION Phase 1 Kompresi Mechanis dan tension dari periodontium Phase 2 --- Secara mekanis menginduksi respon sellular dan genetic; tidak ada pergerakan gigi Phase 3 --- Pergerakan gigi meningkat kecepatannya karena resorpsi tulang frontal
Effects of HEAVY forces on the periodontium Heavy, continuous forces Suplai darah ke PDL tersumbat Aseptic necrosis PDL menjadi hyalinized HYALINIZATION Proses ini dinamakan UNDERMINING RESORPTION.
HEAVY forces leading to UNDERMINING RESORPTION Tahap 1 -- kompresi mekanis dan ketegangan periodonsium Tahap 2 -- Melanjutkan kompresi mekanis; sedikit respon seluler dan genetik; tidak ada pergerakan gigi Tahap 3 -- Sel direkrut dari sisi undermining lamina dura, tidak dalam PDL, untuk menginduksi undermining resorpsi tulang
Undermining resorption / rear resorption If the forces are grossly excessive, resorption of the tooth surfaces may also accur. Nonvitaly and ankylosis of the tooth are other possible consequences of extreme orthodontic forces.
Undermining resorption because it occurs on the underside of lamina dura, not between lamina dura and the root.
Point: Frontal resorption facilitates orthodontic tooth movement, whereas undermining resorption impedes (menghamba) orthodontic tooth movement.
Perubahan Pada Pembuluh Darah Tekanan ringan merangsang frontal resorption, tekanan kuat menyebabkan vascular thrombosis & akhirnya kematian membrana periodontalis. Schwarz : 20 26 gr/cm persegi Tekanan kapiler darah, tekanan lebih besar dr itu akan menyebabkan hyalinisasi bahkan resorpsi akar atau kematian pulpa. Kesimpulan: aktivitas seluler sangat tergantung catu darah yg cukup nutrisi dan untuk menyerap sisa-sisa metabolisme.
Perubahan Seluler Resorpsi tulang oleh osteoclast, 1 sel mampu meresorpsi Tulang yang dibentuk oleh 100 osteoblast jumlahnya hanya sedikit. Osteoclast berasal dari: Precursor sel : - sel mesenchimal - perivascular stem cell Fusi dr beberapa sel : - fibroblast - osteoblast - osteocyt.
APOSISI Gigi bergerak, tulang baru di aposisikan di daerah tulang yang tertarik. Tulang baru di aposisikan pd permukaan tulang yg berhadapan dengan membrana periodontalis. Bundel principal fiber besar-besar, matrix dideposisikan sepanjang serabut. Bundel kecil, matrix dideposisikan lebih merata sepanjang permukaan tulang. Osteoblast Membutuhkan enerji catu darah cukup. Bertambah jumlahnya dng cara : Proliferasi/diferensiasi sel precursor Proliferasi/diferensiasi perivascular stem cell Proliferasi & diferensiasi terlihat 1 2 hari setelah pemberian kekuatan.
Pembelahan sel osteoblast
Compensatory Bone Formation
Bagaimana tarikan pada membrana periodontalis dapat merangsang produksi osteoblast? Epker & Frost : fenomena piezoelektrik terlibat. Tarikan merubah struktur kristal tulang, tulang menjadi cekung, timbul muatan listrik negatif, merangsang aktivi tas osteoblast Membrana periodontalis terikat kuat ke tulang alveolus, tarikan akan merubah struktur kristal tulang, tulang menjadi cekung, timbul muatan listrik negatif, merangsang pembentukan tulang baru. Pada saat gigi bergerak ke arah bergeraknya gigi. Serabut-serabut dalam membrana periodontalis akan tertanam dalam tulang baru, menjadi serabut Sharpey s baru.
Proliferation of BMSC (bone marrow stromal cells) and initiate osteoblastic differentiation. BMP-2 is an osteoconductive agent and a potent growth factor that is involved in the recruitment, proliferation and differentiation of mesenchymal progenitor cells, and eventually resulted in the production of bone tissue (Wozney, 1989).
REMODELING SEKUNDER Dalam perawatan aktif, ada daerah yang mengalami resorpsi dan aposisi tulang, sehingga ada daerah yang menjadi lebih tebal dan daerah yg menjadi tipis. Remodeling sekunder berguna untuk mempertahankan ketebalan tulang dan mempertahankan hubungan antara gigi ke tulang alveolus agar relatif konstan. Bagaimana bisa terjadi mekanisme seperti ini, masih belum jelas. Menunjukkan bahwa mekanisme kontrol biologis yang sangat rumit ikut aktif dalam proses resorpsi dan aposisi.
Remodelling Sekunder
Remodelling Sekunder
KEADAAN UMUM Tekanan dan tarikan merangsang remodeling tulang selama bergeraknya gigi. Kecepatan dan ke- mudahan respon seluler terhadap kekuatan orto- dontik dihubungkan dengan kandungan sel dan sensivitasnya dalam membrana periodontalis. Membrana periodontalis yg mengandung banyak sel mempunyai potensi yg lebih cepat & lebih reaktif. Pada anak-anak, pembentukan tulang tejadi 1 2 hari setelah pemberian kekuatan. Pada dewasa baru mulai setelah 8 10 hari. Pada proses resorpsi, kepadatan tulang merupa- kan variabel.
Daftar Pustaka http://nutritionreview.org/2014/07/drynaria-gentledental-herb/ Vinod Krishnan dan Ze ev Davidovitch. 2009. Biological mechanisms of tooth movement. USA: Blackwell publishing Ltd.