Microfessure dentinali radicolari: un fenomeno sperimentale post-estrazione?

Abstract

Obiettivo: Indagare la prevalenza, la posizione e il modello delle microfessure preesistenti nei denti non trattati endodonticamente di cadaveri freschi. È stata utilizzata la tecnologia della microtomografia computerizzata (micro-CT) come strumento analitico per consentire uno screening completo della dentina radicolare con i denti mantenuti nella loro alveolo originale.

Metodologia: Come studio pilota e per convalidare il metodo attuale, sono stati eseguiti una serie di 4 scansioni ad alta risoluzione su un campione di blocco osseo con denti raccolti post-mortem: (i) intero blocco osseo inclusi i denti, (ii) dente molare secondario estratto atraumaticamente dal blocco osseo, (iii) dente estratto disidratato per indurre difetti dentinali e (iv) intero blocco osseo dopo la reinserzione del dente estratto nel suo alveolo corrispondente. Nello studio principale, sono stati raccolti post-mortem quarantadue blocchi ossei dentoalveolari mascellari e mandibolari, ciascuno contenente 3–5 denti adiacenti (un totale di 178 denti) e scansionati in un dispositivo micro-CT. Tutte le immagini delle sezioni trasversali dei 178 denti (n = 65 530) sono state esaminate dal giunzione cemento-smalto all'apice per identificare la presenza di difetti dentinali.

Risultati: Nello studio pilota, le microfessure osservabili quando il dente disidratato era al di fuori del blocco osseo sono rimaste rilevabili quando l'intero blocco osseo più il dente reinserito è stato scansionato. Ciò significa che il processo di screening ha rivelato la presenza delle stesse microfessure in entrambe le situazioni sperimentali (il dente all'esterno e all'interno del blocco osseo mascellare). Su un totale di 178 denti nei blocchi ossei rimossi da cadaveri, sono state analizzate 65.530 immagini sezionali e non sono state rilevate microfessure dentinali.

Conclusioni: Questo modello in situ cadaverico ha rivelato l'assenza di microfessure dentinali preesistenti in denti non trattati endodonticamente. Pertanto, il riscontro di microfessure dentinali osservate in precedenti immagini sezionali di denti estratti conservati è infondato e non valido. Si dovrebbe assumere che le microfessure osservate in denti estratti conservati sottoposti a procedure di trattamento canalare siano il risultato del processo di estrazione e/o delle condizioni di conservazione post-estrazione. Pertanto, di conseguenza, la presenza di tali microfessure dentinali in denti estratti conservati – osservabili nelle immagini sezionali delle radici – dovrebbe essere riferita come microfessure dentinali sperimentali.

Introduzione

Durante l'indagine sulle fratture verticali della radice (VRFs), l'integrità microstrutturale della dentina radicolare e del cemento è stata valutata utilizzando modelli sperimentali distruttivi (sezionamento del dente) (Hin et al. 2013, Liu et al. 2013, (sezionamento del dente) (Hin et al. 2013, Liu et al. 2013, Arias et al. 2014, Ashwinkumar et al. 2014, Karataş et al. 2016, Saber & Schäfer 2016, Bahrami et al. 2017, Kfir et al. 2017) e modelli sperimentali non distruttivi (tomografia computerizzata micro [micro-CT]) (De-Deus et al. 2014, 2015, 2016, 2017a,b, Bayram et al. 2017, Pradeep Kumar et al. 2017, Zuolo et al. 2017). La maggior parte di questi studi ha utilizzato denti che erano stati conservati per periodi di tempo variabili (Hin et al. 2013, Liu et al. 2013, De-Deus et al. 2014, 2015, 2016, 2017a, Karataş et al. 2016, Bayram et al. 2017, Zuolo et al. 2017) o erano stati estratti di recente (Ashwinkumar et al. 2014, Saber & Schäfer 2016, Kfir et al. 2017, PradeepKumar et al. 2017) con solo pochi studi condotti utilizzando modelli cadaverici (Arias et al. 2014, Bahrami et al. 2017, De-Deus et al. 2017b).

L'uso di una tecnologia di imaging ad alta risoluzione non distruttiva, ovvero la micro-CT, ha reso possibile ottenere una comprensione più affidabile del fenomeno della formazione di microfessure dentinali. La micro-CT consente di osservare la struttura interna di oggetti opachi (ad es. denti) esaminando centinaia di sezioni per campione, dove l'estensione completa delle linee di fessura può essere mappata (De-Deus et al. 2014, 2015, 2016, 2017a,b, Bayram et al. 2017, PradeepKumar et al. 2017, Zuolo et al. 2017). L'uso della micro-CT consente quindi di osservare la dentina radicolare e il cemento nel loro stato originale, ovvero dopo l'estrazione, e poi esaminarli nuovamente dopo le procedure di trattamento canalare. Sulla base di questo metodo, sono state tratte due conclusioni principali: (i) la mancanza di relazione tra la formazione di microfessure dentinali e la preparazione meccanica dei canali radicolari con strumenti in nichel-titanio (NiTi) di per sé (De-Deus et al. 2014, 2015, 2016, 2017a,b, Bayram et al. 2017, Zuolo et al. 2017) e (ii) il riconoscimento delle microfessure preesistenti come fenomeno in denti non trattati (De-Deus et al. 2014, 2015, 2016, 2017a,b, Bayram et al. 2017, PradeepKumar et al. 2017, Zuolo et al. 2017). Le microfessure preesistenti sono difetti microstrutturali nelle radici di denti non trattati endodonticamente, la cui eziologia è attribuita a fattori come l'età, stress parafunzionali (Yang et al. 1995, Chan et al. 1998) o procedure restaurative (Kishen 2006, Shemesh et al. 2009).

Sebbene raramente riportati negli studi di sezionamento distruttivo, sono state osservate microfessure preesistenti in campioni non trattati endodonticamente anche nei primi studi che si sono concentrati principalmente sulla relazione tra lo sviluppo di difetti dentinali e le tecniche di preparazione del canale radicolare (Arias et al. 2014, Karataş et al. 2016, Bahrami et al. 2017, Kfir et al. 2017). È interessante notare che l'uso della tecnologia micro-CT negli studi che utilizzano denti conservati ha rivelato un'alta incidenza (che varia dal 12,31% al 41,44%) di microfessure preesistenti nelle immagini di base acquisite da denti non trattati (De-Deus et al. 2014, 2015, 2016, 2017a, Bayram et al. 2017, Zuolo et al. 2017). In effetti, le informazioni fornite dai gruppi di controllo non trattati sono state significative e controverse. Spesso, non si possono osservare microfessure quando denti sani conservati vengono sezionati orizzontalmente (Shemesh et al. 2009, Karataş et al. 2016, Kfir et al. 2017), mentre in alcuni studi che utilizzano modelli cadaverici sono state riportate microfessure nei gruppi di controllo non trattati (Arias et al. 2014, Bahrami et al. 2017). Al contrario, è stata riportata una bassa prevalenza di microfessure preesistenti quando si valutano denti estratti di recente (7,1%) (PradeepKumar et al. 2017) o in un modello cadaverico (2,46%) (De-Deus et al. 2017b) utilizzando la tecnologia micro-CT. Ciò significa che il fenomeno delle microfessure preesistenti deve essere rivalutato come conseguenza delle nuove evidenze fornite dal metodo di imaging micro-CT e dall'uso di denti estratti di recente (De-Deus et al. 2017b, PradeepKumar et al. 2017) o denti all'interno di un modello cadaverico (De-Deus et al. 2017b).

In sintesi, l'esistenza di microfessure preesistenti è stata controversa. L'insolita occorrenza di microfessure preesistenti ha suscitato interesse per i potenziali fattori eziologici, così come per determinare se le VRF siano precedute da tali difetti microstrutturali. Considerando la sua eziologia ancora sconosciuta e la mancanza di conoscenze su questo fenomeno, lo studio attuale ha mirato a indagare la prevalenza, la posizione e il modello delle microfessure preesistenti in denti non trattati endodonticamente provenienti da cadaveri freschi. La tecnologia Micro-CT è stata utilizzata come strumento analitico per consentire uno screening completo della dentina radicolare con i denti mantenuti nella loro cavità alveolare originale. L'ipotesi centrale testata era che le microfessure preesistenti si verificano con alta frequenza in denti non trattati endodonticamente.

Materiali e metodi

Selezione del campione

Quarantadue blocchi ossei dentoalveolari mascellari e mandibolari, ciascuno contenente 3–5 denti adiacenti (un totale di 178 denti), sono stati raccolti post-mortem durante l'autopsia di diversi donatori adulti. I familiari hanno fornito il loro consenso informato, ottenuto secondo un protocollo di ricerca approvato dal Dipartimento di Medicina Legale locale e dal Comitato Nazionale per l'Etiologia della Ricerca Sanitaria (protocollo n. 931.732). L'età dei donatori variava da 19 a 44 anni (età media, 31 anni). I criteri di inclusione erano la presenza di primi e secondi premolari e molari mascellari o mandibolari non cariati circondati da osso alveolare e legamento parodontale. I blocchi ossei con i denti sono stati conservati a —20 °C e sottoposti alle procedure sperimentali entro 40 giorni dalla loro raccolta.

Prima delle procedure di scansione, i blocchi ossei congelati sono stati rimossi dal congelatore e posizionati in un frigorifero a una temperatura costante di 8°C per un lento scongelamento. Dopo 3–4 ore, ogni blocco osseo è stato scansionato in un dispositivo micro-CT (SkyScan 1173; Bruker-microCT, Kontich, Belgio) utilizzando una risoluzione isotropica di 13,18 lm a 90 kV e 88 mA attraverso una rotazione di 360° attorno all'asse verticale, con un passo di rotazione di 0,5°, un tempo di esposizione della fotocamera di 1000 ms e una media dei fotogrammi di 5. I raggi X sono stati filtrati con un filtro di alluminio spesso 1 mm. Le immagini acquisite sono state ricostruite in sezioni trasversali con il software NRecon v.1.6.10 (Bruker-microCT) utilizzando parametri standardizzati per l'indurimento del fascio (15%), correzione degli artefatti ad anello e limiti di contrasto (0,0095–0,03), risultando nell'acquisizione di 1300–1600 sezioni trasversali per blocco osseo.

Studio pilota – metodo di validazione

La validazione del presente metodo si è basata su 4 scansioni micro-CT ad alta risoluzione di un singolo blocco osseo contenente 3 denti (un premolare, un primo molare e un secondo molare) seguendo gli stessi parametri precedentemente descritti. La sequenza delle scansioni micro-CT è stata la seguente: (i) intero blocco osseo, (ii) dente estratto, (iii) dente estratto disidratato e (iv) intero blocco osseo dopo la reinserzione del dente estratto nella sua alveolo (Fig. 1). L'integrità della dentina (la presenza di microfessure dentinali) è stata valutata esaminando le immagini sezionali ottenute nella fase di ricostruzione, dalla giunzione cemento-smalto all'apice radicolare, da 3 esaminatori calibrati in cieco. Il processo di calibrazione si è basato su sessioni di visualizzazione utilizzando immagini sezionali con microfessure precedentemente identificate. L'analisi delle immagini è stata ripetuta due volte a intervalli di 2 settimane per convalidare il processo di identificazione delle microfessure.

Nella prima scansione, non sono state osservate microfessure (Figs 2a,b e 3a,b). Successivamente, il secondo molare mascellare è stato rimosso atraumaticamente dal blocco osseo evitando di toccare o danneggiare i tessuti circostanti (Fig. 1c,d e e). Questa tecnica ha comportato un distacco accurato di 2/3 delle radici con periotomi fino a quando non si è verificata la lussazione e, per minimizzare i potenziali danni al dente, le forze di estrazione sono state utilizzate solo per il ritiro del dente e non per allentarlo. Il molare estratto è stato immediatamente scansionato e le immagini in sezione trasversale sono state esaminate come descritto sopra. Non sono state osservate microfessure nella seconda scansione (Figs 2c e 3c).

Con l'obiettivo di indurre lo sviluppo di difetti dentinali, il secondo molare è stato sottoposto a un processo di disidratazione utilizzando una serie standard di alcolici a gradazione (50%, 60%, 70%, 80%, 90% e 100% di etanolo). Successivamente, il dente è stato collocato in un armadio auto-disidratante (Bel-Art automatic desiccator clear 2.0, Wayne, NJ, USA) e scansionato settimanalmente per verificare la presenza di microfessure. Dopo un periodo di 3 mesi, la scansione (terza scansione) ha rivelato chiaramente la presenza di microfessure dentinali (Figs 2d e 3d). Successivamente, il campione è stato reinserito con cura nella sua cavità alveolare originale e l'intero blocco osseo è stato nuovamente scansionato (quarta scansione). L'analisi delle immagini delle sezioni trasversali ha rivelato che le microfessure osservate quando il dente era al di fuori del blocco osseo rimanevano rilevabili quando l'intero blocco osseo è stato scansionato (Figs 2e,f e 3e,f).

Analisi delle immagini

La visualizzazione e l'analisi qualitativa degli stack di immagini ricostruite dei 42 blocchi ossei sono state valutate utilizzando il software CTVol v.2.3 (Bruker-microCT). Tutte le immagini sezionali dei 178 denti (n = 65 530) sono state esaminate dal giunzione cemento-smalto fino all'apice per identificare la presenza di difetti dentinali. Tre esaminatori precedentemente calibrati, ignari del disegno sperimentale, hanno esaminato tutte le immagini a intervalli di 2 settimane. In caso di divergenza, le immagini sono state valutate insieme fino a raggiungere un accordo completo (De-Deus et al. 2016).

Risultati

Nello studio pilota, le microfessure osservate quando il dente era al di fuori del blocco osseo sono rimaste rilevabili quando l'intero segmento mascellare è stato scansionato, il che ha convalidato il metodo di valutazione delle microfessure dentinali in un modello di cadavere fresco attraverso la tecnologia micro-CT (Figs 1–3).

Da un totale di 178 denti nei blocchi ossei rimossi dai cadaveri, sono state analizzate 65 530 immagini in sezione trasversale e non sono state rilevate microfessure dentinali. Le Figs 4 e 5 mostrano immagini rappresentative dei terzi coronali, medi e apicali di una selezione di denti valutati nello studio.

Discussione

Nello studio attuale, l'incidenza di microfessure dentinali in denti non trattati endodonticamente è stata valutata in situ attraverso immagini micro-CT di 178 denti in blocchi ossei mascellari e mandibolari ottenuti da 42 cadaveri freschi. Non è stata osservata alcuna microfessura dentinale preesistente, smentendo l'ipotesi principale. L'assenza di tali microfessure dentinali in una metodologia che si avvicina a condizioni in vivo – un modello di cadavere umano – suggerisce che le microfessure possano verificarsi a causa di manipolazioni post-estrazione o delle condizioni di conservazione dei denti sperimentali. Questa scoperta significa che tali microfessure dentinali – osservabili in immagini sezionali delle radici – potrebbero non esistere nell'ambiente clinico; infatti, finora questo tipo di difetto dentinale è stato osservabile solo in condizioni sperimentali post-estrazione (De-Deus et al. 2014, 2015, 2016, 2017a, Bayram et al. 2017, PradeepKumar et al. 2017, Zuolo et al. 2017).

Il risultato presente contrasta con le conoscenze accumulate riguardo alla formazione di microfessure dentinali pubblicate dal 2009 (De-Deus et al. 2014, 2015, 2016, 2017a, Bayram et al. 2017, PradeepKumar et al. 2017, Zuolo et al. 2017). In realtà, il concetto che le microfessure dentinali siano un fenomeno sperimentale post-estrazione è parzialmente supportato da recenti approfondimenti su questo argomento. Shemesh et al. (2018) hanno riportato l'impatto delle condizioni ambientali sui tessuti dentinali e dimostrato che la perdita d'acqua produce stress sufficienti a indurre difetti dentinali spontanei, dimostrando sperimentalmente che la risposta biomeccanica della dentina radicolare è altamente influenzata dal suo grado di idratazione. Questo è in accordo con risultati precedenti che hanno mostrato che le concentrazioni residue di microstrain nelle radici idratate erano un fenomeno controllato e anche che la dentina disidratata aveva una minore tenacità (Jameson et al. 1993, Kahler et al. 2003, Kruzic et al. 2003) ed era più fragile (Huang et al. 1992). Pertanto, i risultati riportati nello studio di Adorno et al. (2013) possono essere considerati una conseguenza della disidratazione del dente, poiché la propagazione delle microfessure è continuata nelle fette radicolari anche dopo 1 mese di conservazione, anche se non è stato applicato ulteriore stress alla dentina. In questo senso, il processo di disidratazione che i denti subiscono al di fuori dell'ambiente orale può spiegare l'alta prevalenza (12,31% a 41,44%) di microfessure dentinali nelle immagini di base dei denti conservati non trattati endodonticamente valutati attraverso la tecnologia micro-CT (De-Deus et al. 2014, 2015, 2016, 2017a, Bayram et al. 2017, Zuolo et al. 2017), considerando che i denti estratti sono stati ottenuti da banche dentali che utilizzavano una varietà di condizioni di conservazione.

Un altro studio importante ha utilizzato la micro-CT per valutare la prevalenza, la posizione e il modello di microfessure dentinali preesistenti in 633 denti estratti di recente non trattati endodonticamente e ha trovato difetti dentinali in 45 denti (7,1% del campione) (PradeepKumar et al. 2017). Allo stesso modo, De-Deus et al. (2017b) utilizzando un modello cadaverico hanno anche riportato il 2,46% di difetti dentinali nelle immagini di base dei denti non trattati endodonticamente. In accordo con i risultati attuali, questi importanti risultati stabiliscono una prevalenza più realistica delle microfessure dentinali preesistenti nei denti estratti, in contrasto con il numero sostanziale di difetti riportati in precedenti studi di micro-CT utilizzando denti conservati (De-Deus et al. 2014, 2015, 2016, 2017a, Bayram et al. 2017, Zuolo et al. 2017). Questi risultati sottolineano la bassa prevalenza di microfessure preesistenti e sollevano seri dubbi sulla validità della maggior parte degli studi sulle fessure dentinali utilizzando denti estratti, poiché le fessure sono probabilmente una conseguenza delle condizioni sperimentali post-estrazione. Sulla base di queste evidenze scientifiche, si può dedurre che la disidratazione del tessuto dentinale sia la principale causa delle microfessure nei denti non trattati endodonticamente riportati nell'ultimo decennio. La prevalenza di questo fenomeno è quindi una funzione dell'interazione tra l'origine del campione – conservazione rispetto a denti estratti di recente/modello cadaverico, e il metodo analitico utilizzato – sezionamento rispetto a micro-CT non distruttivo. In un senso più ampio, lo sviluppo di VRF nei denti trattati endodonticamente è solitamente attribuito a fattori come età, anatomia della radice e del canale radicolare, funzione masticatoria e/o la presenza di interferenze escursive o parafunzioni a cui i denti potrebbero essere soggetti durante la vita di un paziente (Arias et al. 2014).

Tuttavia, è possibile che i VRF si sviluppino come conseguenza di denti incrinati o spezzati originati inizialmente dalla corona. Pertanto, è importante considerare le possibili implicazioni delle condizioni in cui i denti sono conservati quando si analizzano i risultati degli studi di laboratorio, poiché la disidratazione involontaria introdurrà difetti sperimentali sistematici, indipendentemente dalle precauzioni adottate durante il resto dell'esperimento. Questo suggerisce fortemente che approcci in situ come modelli che utilizzano cadaveri freschi dovrebbero essere considerati come uno standard d'oro per valutare il comportamento del tessuto dentinale in termini di inizio e propagazione delle crepe.

La metodologia utilizzata nello studio attuale sembra essere vicina a un modello sperimentale ideale per studiare il fenomeno delle microcrepe e lo stato complessivo della dentina. L'uso di un modello cadaverico in situ, in cui l'osso e il legamento parodontale sono rimasti preservati e anche le proprietà viscoelastiche dell'apparato di attacco, insieme a un metodo di imaging altamente accurato e non distruttivo (micro-CT) per la valutazione dell'integrità del tessuto dentinale ha chiari vantaggi rispetto ad altre metodologie utilizzate in precedenza nello studio dei difetti dentinali, cioè il sezionamento e l'analisi micro-CT di denti conservati. Inoltre, il modello cadaverico evita l'impatto delle estrazioni dentali e quindi l'uso di periotomi, lussatori o pinze, che di solito sono suggeriti come generatori di difetti dentinali. Tuttavia, è necessario sottolineare che il campionamento utilizzato nello studio attuale ha una limitazione, l'età dei cadaveri che era compresa tra i 19 e i 44 anni (età media, 31 anni). Pertanto, i lavori futuri dovrebbero concentrarsi sulla valutazione della presenza di difetti dentinali in cadaveri più anziani.

Come dichiarato nel primo studio sui microfessuramenti dentinali utilizzando un modello cadaverico e micro-CT (De-Deus et al. 2017b), non esiste un accordo internazionale, regolamenti generali o standard di banca dei tessuti su una temperatura di conservazione specifica per i denti all'interno di blocchi ossei. Una dichiarazione dell'American Association of Tissue Banks (2008) ha raccomandato una temperatura di conservazione di —20 °C per un massimo di 6 mesi e —40 °C per periodi più lunghi di conservazione profonda. Tuttavia, l'influenza del tempo di conservazione e delle temperature di congelamento sulle proprietà biomeccaniche dei denti non è completamente compresa ed è ancora da determinare. Nel presente studio, la temperatura di conservazione dei blocchi ossei cadaverici ha seguito quella utilizzata da De-Deus et al. (2017b) e non ha influenzato la struttura dell'osso o dei denti, che era di —20 °C, come raccomandato, con un periodo di scongelamento lento prima della scansione e delle ulteriori procedure sperimentali.

Sono state sollevate preoccupazioni riguardo al fatto che la risoluzione di scansione delle immagini micro-CT possa o meno essere sufficiente per rilevare microfessuramenti più piccoli (Pop et al. 2015, De-Deus et al. 2016, PradeepKumar et al. 2017). Tuttavia, la validazione del metodo di imaging micro-CT per l'osservazione dei difetti dentinali nei denti estratti è già stata riportata (De-Deus et al. 2016); è stato dimostrato che i difetti visualizzati mediante osservazione diretta della dentina con microscopia a luce riflessa (utilizzando il metodo di sezionamento) sono anche visualizzati nelle immagini ricostruite in sezione trasversale ottenute da scansioni micro-CT ad alta risoluzione. Tuttavia, lo stesso non è necessariamente valido quando i denti vengono scansionati all'interno di blocchi ossei cadaverici. Pertanto, a causa del carattere innovativo dell'osservazione dei difetti dentinali nelle immagini scansionate da blocchi ossei cadaverici, la validazione del metodo era necessaria per eliminare qualsiasi possibilità di risultati falsi negativi. I risultati hanno rivelato che il processo di screening è stato in grado di dimostrare la presenza degli stessi microfessuramenti in entrambi i set sperimentali (dente all'esterno e all'interno del blocco osseo mascellare), convalidando il metodo per valutare i microfessuramenti dentinali in un modello cadaverico fresco attraverso la tecnologia micro-CT.

Il risultato di questo studio suggerisce che i lavori futuri dovrebbero concentrarsi sull'esistenza di microfessure dentinali nella dentina radicolare in denti non trattati endodonticamente. Nel frattempo, fino a prova contraria, si dovrebbe assumere che le microfessure dentinali osservate in denti estratti conservati sottoposti a procedure di trattamento canalare siano in realtà il risultato del processo di estrazione e/o delle condizioni di conservazione post-estrazione. Di conseguenza, la presenza di tali microfessure dentinali in denti estratti conservati – osservabili in immagini sezionali trasversali delle radici in condizioni sperimentali – dovrebbe essere definita come microfessure dentinali sperimentali.

Conclusioni

Questo modello cadaverico in situ ha rivelato l'assenza di microfessure dentinali preesistenti in denti non trattati endodonticamente. Ciò significa che la prevalenza di microfessure dentinali osservate in precedenti immagini sezionali trasversali di denti estratti conservati è errata. Mette anche in discussione se le microfessure – osservabili in immagini sezionali trasversali delle radici in denti estratti - si verifichino realmente in denti non trattati endodonticamente nel contesto clinico.

Autori: G. De-Deus, D. M. Cavalcante, F. G. Belladonna, J. Carvalhal, E. M. Souza, R. T. Lopes, M. A. Versiani, E. J. N. L. Silva & P. M. H. Dummer

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