1. Respon Ligamen Periodontal Dan Tulang Terhadap Gaya Terus-Menerus

Respon gaya terus-menerus terhadap gigi geligi dapat berfungsi sebagai pengukur besar gaya; gaya yang besar mengarah pada timbulnya rasa sakit yg cepat, nekrosis elemen seluler pada ligamen periodontal, dan fenomena undermining resorption dari tulang alveolar dekat dengan gigi yang terkena. Gaya yang ringan sesuai dengan kelangsungan hidup sel pada ligamen periodontal dan remodeling soket gigi oleh frontal resorption yang relatif tidak menimbulkan rasa sakit. Pada praktik orthodontik, tujuannya adalah untuk menghasilkan gerakan pada gigi geligi dengan frontal resorption yang semaksimal mungkin, menyadari bahwa beberapa area ligamen periodontal mengalami nekrosis dan undermining resorption dapat terjadi meskipun telah dilakukan usaha untuk mencegahnya.

1.1. Kontrol Biologis Pergerakan Gigi Geligi

Sebelum mendiskusikan secara detail mengenai respon terhadap gaya orthodontik, perlu dipertimbangkan pula mekanisme kontrol biologis yang mengarah dari stimulus penerapan gaya terus-menerus terhadap respon dari pergerakan gigi orthodontik. Dua elemen kontrol yang memungkinkan, listrik biologis dan tekanan-ketegangan pada ligamen periodontal yang mempengaruhi aliran darah, dikontraskan dalam dua teori utama pergerakan gigi ortodontik

. Teori bioelektrik berkaitan dengan pergerakan gigi setidaknya sebagian perubahan dalam metabolisme tulang dikendalikan oleh listrik biologis yang dihasilkan oleh tekanan ringan terhadap gigi. Teori tekanan-ketegangan berkaitan dengan pergerakan gigi untuk perubahan seluler yang diproduksi oleh sinyal-sinyal kimia, biasanya dianggap dihasilkan oleh perubahan dalam aliran darah melalui ligamen periodontal. Tekanan-ketegangan dalam ligamen periodontal, dengan mengurangi (tekanan) atau meningkatkan (ketegangan) diameter pembuluh darah di ruang ligamen tentu bisa mengubah aliran darah. Kedua teori tersebut tidak sesuai atau saling eksklusif, dan tampaknya bahwa kedua mekanisme mungkin berperan dalam mekanisme kontrol biologis pergerakan gigi.

1.2. Listrik Biologis

Sinyal-sinyal listrik yang dapat memulai perpindahan gigi awalnya dianggap suatu piezoelektrik. Piezoelektrik adalah fenomena yang diamati dalam banyak bahan kristal, di mana perubahan bentuk struktur kristal menghasilkan aliran arus listrik sebagai elektron yang dipindahkan dari satu bagian kristal ke kisi kristal yang lain. Piezoelektrik dari banyak kristal anorganik seperti di tulang telah diakui selama bertahun-tahun dan telah digunakan dalam teknologi sehari-hari (misalnya, perekam suara). Kristal organik juga merupakan piezoelektrik, dan kolagen pada ligamen periodontal adalah contoh yang sangat baik.

Sinyal piezoelektrik memiliki dua karakteristik yang tidak biasa: (1) peluruhan tingkat cepat (yaitu, ketika gaya diterapkan, sinyal piezoelektrik dibuat dalam respon yang cepat hilang hingga angka nol meskipun gaya dipertahankan) dan (2) produksi sinyal seimbang, berlawanan arah ketika gaya dilepaskan.

Kedua karakteristik ini dijelaskan dengan adanya migrasi elektron dalam kisi kristal yang disebabkan oleh distorsi tekanan. Ketika struktur kristal tidak sempurna, elektron berpindah dari satu lokasi ke lokasi lain kemudian aliran arus listrik diamati. Selama gaya dipertahankan, struktur kristal akan stabil dan kejadian listrik selanjutnya tidak diamati. Ketika gaya dilepaskan, bagaimanapun, kristal kembali ke bentuk aslinya, dan arus balik elektron akan terlihat. Dengan pengaturan ini, aktivitas yang seirama akan menghasilkan interaksi konstan arus yang mengalir dalam satu arah yang akan diukur sebagai ampere, sedangkan aplikasi sesekali dan pelepasan kekuatan hanya akan menghasilkan sinyal sesekali dari jenis ini.

Ion dalam cairan yang mengelilingi tulang, berinteraksi dengan medan listrik ketika tulang membengkok, menyebabkan sinyal elektrik membentuk tegangan dan terdapat perubahan suhu. Akibatnya, baik konveksi maupun konduksi, arus dapat dideteksi pada cairan ekstraselular, dan arus terpengaruh oleh sifat alami dari cairan. Tegangan kecil diamati disebut dengan streaming potential. Tegangan ini, walau berbeda dengan aliran arus piezoelektrik, memiliki persamaan yaitu onset yang cepat dan mengubah tekanan yang berada pada tulang.

Terdapat juga efek kebalikan piezoelektrik. Penerapan gaya tidak hanya akan menyebabkan distorsi dari struktur kristal dan sinyal listriknya, tetapi juga dapat menyebabkan kristal tidak terbentuk sempurna dan menghasilkan gaya untuk merusak kristalnya. Kebalikan piezoelektrik tidak memiliki tempat pada pengendalian sistem secara alami, namun setidaknya selama ini, diketahui adanya kemungkinan untuk menggunakan medan listrik eksternal untuk menyembuhkan tulang dan regenerasi setelah kerusakan.

Tidak ada keraguan bahwa sinyal tegangan penting dalam pemeliharaan rangka. Tanpa sinyal tersebut, mineral pada tulang akan hilang dan atrofi tulang umum terjadi, sebagai contoh astronot yang tulangnya tidak lagi lentur pada lingkungan tanpa bobot karena berada di bawah gravitasi normal. Sinyal dihasilkan oleh pembengkokan tulang alveolar pada saat mengunyah secara normal, ini merupakan hal yang penting untuk pemeliharaan tulang di sekitar gigi geligi.

Di sisi lain, gaya terus-menerus yang digunakan untuk menginduksi pergerakan gigi orthodontik tidak menghasilkan sinyal tegangan yang menonjol. Selama gaya terus menerus, tidak ada yang terjadi. Sinyal tegangan berperan penting dalam remodeling tulang terkait pergerakan gigi orthodontik, namun getaran pada tekanan pun dapat menguntungkan. Meskipun penelitian sebelumnya menunjukkan sedikit atau tidak adanya keuntungan getaran atas gaya terus-menerus untuk pergerakan gigi, hal ini sudah dihidupkan kembali saat ini dan didiskusikan pada bagian bab ini mengenai kemungkinan untuk mempercepat pergerakan gigi. Sampai saat ini masih menjadi permasalahan, bagaimanapun, sinyal stress sangat penting untuk fungsi skeletal normal jika berperan dalam respon pergerakan gigi orthodontik.

Bidang elektromagnetik juga dapat mempengaruhi potensi membran sel dan permeabilitas dan dengan demikian memicu perubahan aktivitas selular. Pada hewan percobaan, medan elektromagnetik berdenyut meningkatkan tingkat perpindahan gigi, ternyata dengan memperpendek awal "fase lag" sebelum perpindahan gigi dimulai. Ini tidak berarti bahwa bidang yang dihasilkan oleh magnet kecil yang menempel pada gigi untuk menghasilkan gaya pergerakan gigi geligi, dapat mengubah respon terhadap gaya secara biologis. Pernyataan bahwa gigi bergerak dengan gaya magnet dapat mengurangi rasa sakit dan mobility, tidak didukung dengan bukti yang jelas.

1.3. Tekanan-Ketegangan Pada Ligamen Periodontal

Teori tekanan-ketegangan merupakan teori lama pada pergerakan gigi geligi, bergantung pada sinyal-sinyal kimia daripada listrik sebagai stimulus untuk diferensiasi selular dan perpindahan gigi. Senyawa kimia penting dalam kejadian yang mengarah ke remodeling tulang alveolar dan pergerakan gigi geligi, antara tekanan mekanik dari jaringan dan perubahan dalam aliran darah dapat menghasilkan pelepasan senyawa kimia. Hal ini menjelaskan jalannya peristiwa tersebut cukup baik. Ini masih menjadi dasar dari diskusi sebagai berikut.

Gambar 8-4 Pada hewan percobaan, perubahan aliran darah di ligamen periodontal dapat diamati dengan perfusi tinta India ke dalam sistem vaskular sementara hewan dikorbankan. Wadah tersebut diisi dengan tinta India, sehingga ukurannya dapat dilihat dengan mudah. A, perfusi normal ligamen periodontal-catatan: daerah gelap yang menunjukkan aliran darah. B, gaya sebesar 50mg ditekankan pada ligamen periodontal. Perhatikan jumlah penurunan perfusi, tapi masih ada aliran darah melalui area yang mengalami tekanan. C, gaya berat dengan hampir hilangnya kontinuitas dari aliran darah di daerah yang mengalami tekanan. Spesimen ini terlihat dari arah pemotongan horizontal, dengan akar gigi di sebelah kiri dan ruang pulpa hanya terlihat di kiri atas. Ligamen periodontal bagian bawah dan ke kanan. Sel hilang di daerah yang ditekan, dan daerah kadang-kadang dikatakan hyalinized karena kemiripannya dengan tulang rawan hialin.( Dr. F. E. Khouw. )

Tidak ada keraguan bahwa mengalami tekanan terhadap gigi menyebabkan gigi bergeser posisi dalam ruang ligamen periodontal, menekan ligamen di beberapa daerah saat peregangan itu pada sisi lain. Efek mekanis pada sel dalam ligamen menyebabkan pelepasan sitokin, prostaglandin, dan senyawa kimia lainnya. Selain itu, aliran darah menurun dimana ligamen periodontal ditekan (Gambar 8-4), ketika sedang dipertahankan atau ditingkatkan di mana ligamen periodontal berada di bawah tekanan (Gambar 8-5). Perubahan ini dalam aliran darah juga cepat menciptakan perubahan dalam lingkungan kimia. Misalnya, kadar oksigen pasti akan jatuh di daerah yang mengalami tekanan dan tingkat karbon dioksida (CO2) akan meningkat, sementara sebaliknya mungkin terjadi di sisi ketegangan. Perubahan kimia terjadi baik secara langsung maupun dengan merangsang pelepasan zat biologis aktif lainnya, maka akan merangsang diferensiasi dan aktivitas selular. Pada dasarnya, pandangan ini dari pergerakan gigi menunjukkan tiga tahap: (1) kompresi awal jaringan dan perubahan dalam aliran darah terkait dengan tekanan dalam ligamen periodontal, (2) pembentukan dan / atau pelepasan senyawa kimia, dan (3) aktivasi sel.

GAMBAR 8-5 Di sisi jauh dari arah pergerakan gigi, ruang ligamen periodontal membesar dan pembuluh darah melebar. Pembuluh darah yang meluas yang hanya diisi sebagian bisa dilihat di sisi ketegangan dari ligamen periodontal. ( Dr. F. E. Khouw )

2. Efek Tekanan Yang Besar

Semakin besar tekanan yang diberikan secara terus menerus, semakin berkurang aliran darah pada daerah ligamen periodontal yang tertekan dan pada suatu waktu pembuluh darah tersebut akan mati dan tidak akan ada lagi aliran darah (gambar 8.6). Teori ini telah dibuktikan pada hewan sebagai eksperimen percobaan, meningkatkan tekanan yang diberikan pada gigi menyebabkan penurunan perfusi aliran darah pada daerah ligamen periodontal yang tertekan (gambar 8.4 dan 8.5). Berikut ini adalah jalannya peristiwa yang terjadi pada gigi setelah aplikasi alat ortodonti saat diberikan tekanan yang berat (heavy pressure) dan ringan (light pressure) (Tabel 8.2).

Tekanan ringan namun terus-menerus pada gigi, dalam beberapa detik, akan menyebabkan aliran darah pada ligamen periodontal berkurang dan gigi bergerak pada soketnya, dan dalam beberapa jam, terjadi perubahan pola aktivitas selular. Hasil eksperimen pada hewan menunjukkan peningkatan cAMP (cyclic adenosine monophospate), the second messenger fungsi selular, termasuk fungsi diferensiasi, akan muncul setelah empat jam diberikan tekanan terus menerus pada gigi. Waktu tersebut sangat berkolerasi pada pemakaian alat ortodonti lepasan pada manusia. Jika pemakaian alat ortodonti lepasan kurang dari empat sampai enam jam setiap hari, maka tidak akan ada efek ortodonti. Pemakaian di atas waktu tersebut, baru akan terjadi pergerakan pada gigi.

Apa yang akan terjadi pada jam-jam pertama diantara terjadinya tekanan dan tegangan pada ligamen periodontal dan adanya second messenger?hasil eksperimen menunjukkan akan adanya peningkatan prostaglandin dan interleukin-1 beta pada ligamen periodontal segera setelah tekanan diaplikasikan, dan hal ini menunjukkan jelas bahwa prostaglandin E (PgE) adalah mediator yang penting pada respon selular. Adanya prostaglandin saat sel rusak secara mekanis, menunjukkan bahwa prostaglandin merupakan respon primer yang terjadi ketika diberikan tekanan. Pada tingkatan molekul, dapat dijelaskan bagaimana efek tersebut dapat terjadi. Focal Adhesion Kinase (FAK) muncul sebagai mekanoreseptor pada sel ligamen periodontal dan adanya tekanan tersebut menyebabkan PgE2 muncul. Hasil eksperimen menunjukkan konsentrasi RANKL (receptor activator of nuclear factor-kappa ligand) dan OPG (osteoprotegerin) pada cairan trevikular gusi meningkat selama pergerakan gigi, hal ini memberikan pemikiran bahwa sel ligamen periodontal yang tertekan akan menginduksi formasi osteoklas melalui kenaikan RANKL. Pengantar kimia lainnya, seperti golongan cytokine dan nitric oxide (NO) dan regulator lainnya pun ikut terlibat. Sejak terdapat beberapa jenis obat yang dapat mempengaruhi tingkatan prostaglandin dan zat pengantar kimia lainnya, modifikasi secara farmakologi terhadap tekanan ortodonti lebih dari sekedar teori.

Untuk pergerakan gigi, osteoklas harus terbentuk sehingga terjadi penghancurkan tulang yang berdekatan dengan daerah ligamen periodontal yang tertekan. Osteoblas juga dibutuhkan untuk membentuk tulang baru pada daerah tegangan dan remodeling daerah yang tertekan. Prostaglandin memiliki pengaruh terbentuknya dan bekerjanya osteoklas dan osteoblas, hal tersebut menyebabkan prostaglandin sebagai mediator yang tepat pada pergerakan gigi. Jika hormon paratiorid diberikan, osteoklas dapat terbentuk hanya dalam beberapa jam, tetapi aktivitas osteoklas yang terbentuk karena pemberian hormon tiroid terjadi lebih lambat dibandingkan osteoklas yang terbentuk karena saat deformasi mekanis terjadi pada ligamen periodontal dan hal tersebut dapat terjadi 48 jam sebelum kemunculan pertama osteoklas saat adanya tekanan pada ligamen periodontal. Penelitian dalam kinetis selular mengindikasikan bahwa osteoklas dapat berasal dalam dua gelombang, gelombang pertama berasal dari populasi sel lokal dan gelomban kedua dapat berasal dari populasi sel lain yang dibawa melalui aliran darah. Sel ini menyerang lamina dura terdekat, menghilangkan tulang pada proses frontal resorption, dan pergerakan gigi pun terjadi tak lama setelahnya. Pada waktu yang bersamaan, ligamen periodontal semakin membesar dan osteoblas (yang berasal dari sel progenitor di ligamen periodontal) membentuk tulang pada daerah tegang dan memulai aktivitas remodeling pada daerah yang tertekan.

Gambar 8.6 Gambaran yang menunjukkan bertambahnya tekanan pada pembuluh darah sebagai peningkatan tekanan pada ligamen periodontal. Pada tekanan besar tertentu yang berkelanjutan, pembuluh darah terhenti dan terbentuk jaringan nekrosis di ligamen periodontal

Tabel 8.2 Respon fisiologis jaringan terhadap tekanan pada gigi

Waktu

Hal yang Terjadi

Tekanan Ringan

Tekanan Berat