r e v i s i o n e d e l l a l e t t e r a t u r a l i t e r a t u r e r e v i e w
235
Introduzione
Le apparecchiature ortodontiche fisse intraorali sono
costituite da bracket, bande, fili ed altri dispositivi disponibili
in differenti leghe a contenuto variabile di nichel,
cobalto, cromo, titanio, ferro e diversi altri metalli.
Attualmente, le leghe maggiormente utilizzate per la realizzazione
dei materiali ortodontici sono l’acciaio inossidabile
(18% Cr, 8% Ni, <0,2% C), il cromo-cobalto
(40% Co, 20% Cr, 15% Ni, 15% Fe, 2% Mn), il nicheltitanio
(52% Ni, 45% Ti, 3% Co) e infine il beta-titanio
(79% Ti, 11% Mo, 6% Zr, 4% Sn).
Un’altra importante lega contenuta nella componentistica
ortodontica è quella saldante (65% Ag, 20% Cu,
15%), tipica di quei dispositivi come le bande molari e i
bracket ortodontici (1).
L’ambiente orale è particolarmente ideale per la biodegradazione
dei metalli a causa delle sue proprietà termiche,
microbiologiche ed enzimatiche. Pertanto, le leghe
metalliche d’utilizzo ortodontico sono sottoposte a feno-
Il rilascio di ioni metallici da apparecchiature ortodontiche in vivo:
revisione sistematica della letteratura
Metal ions release from orthodontic appliances in vivo: a systematic review
Vincenzo D’Anto, Roberto Uomo, Sergio Paduano, Alberto Laino, Rosa Valletta
Università degli Studi di Napoli “Federico II”, Dipartimento di Scienze Odontostomatologiche e Maxillo-Facciali
Cattedra di Ortognatodonzia, Direttore: Prof. R. Martina
PAROLE CHIAVE
Review sistematica; rilascio di ioni; apparecchiature ortodontiche; citotossicità.
KEY WORDS
Systematic review; ion release; orthodontic appliances; cytotoxicity.
SUMMARY
Aim: a systematic review of the literature was undertaken to establish the existence of evidence of ionic release
from orthodontic appliances and toxicity due to this release.
Materials and methods: The sources of research were international orthodontic journals and four electronic on
line literature databases: PubMed (from 1970 to June 2007), EMBASE (from 1980 to June 2007), Cochrane
Library, ISI. Inclusion and exclusion criteria were applied when considering the relevant articles. Selection of
studies and data extraction were undertaken by two blind reviewers.
Results: the search yielded 254 references. The final study consisted of 10 articles. According to most of the
articles, there was no statistical difference concerning ionic concentrations in biological fluids (saliva, blood and
urine), either before or after the orthodontic treatment. No significant differences were found between the noappliance
groups and the samples obtained after insertion of the appliances. Moreover, the release of cations in
the oral environment is significantly below the average dietary intake.
Conclusion: the systematic review suggests that in literature there are few “in vivo-studies”. The setting up of all
considered studies are not comparable to daily clinical conditions. There is no evidence concerning a significant
release of ions from orthodontic appliances in saliva, and only one article reports a relevant nickel accumulation in
oral mucosa cells.
meni corrosivi strettamente correlati ai cambiamenti di
natura fisica, chimica e microbiologica del cavo orale
(2). Tali eventi possono favorire il rilascio di ioni dai
materiali utilizzati con rischio reale di compromissione
della biocompatibilità degli stessi (3, 4).
Il principale evento implicato nel rilascio di ioni dalle
apparecchiature ortodontiche è la corrosione (5). Essa
può essere definita come la naturale tendenza di un
metallo a ossidarsi, ovvero a perdere elettroni (6). Tale
fenomeno comincia quando gli atomi che costituiscono
la lega ionizzano, attraverso la cessione di elettroni dagli
strati più esterni degli orbitali atomici, diventando capaci
di essere rilasciati nell’ambiente circostante (7).
L’entità della corrosione può influenzare significativamente
la resistenza e la biocompatibilità delle componenti
delle apparecchiature ortodontiche, caratteristiche
importanti per un loro valido impiego clinico. La corrosione
di una lega è di fondamentale importanza per la sua
biocompatibilità, poiché il rilascio di elementi è strettamente
legato ad effetti biologici avversi come la citotossicità,
l’allergia e la mutagenicità. In particolare, la risposta
biologica al rilascio di ioni dipende dal tipo di ione
rilasciato, dalla quantità rilasciata e dalla durata di esposizione
dei tessuti (8, 9).
Dal momento che la potenziale tossicità degli ioni rilasciati
dalle apparecchiature ortodontiche è stata ampiamente
dimostrata “in vitro”, grande importanza è stata
data nell’ultima decade alla valutazione del rilascio di
ioni dalle leghe nella cavità orale. Infatti, è noto che le
condizioni di studio in vitro, attraverso l’utilizzo di soluzioni
elettrolitiche e/o acide, possono solo parzialmente
simulare le condizioni dell’ambiente orale. Un elevato
numero di fattori e variabili sono responsabili di questa
importante differenza come:
#9687; l’assenza di variazioni estreme di parametri in grado
di influenzare la reattività e la potenzialità corrosiva
delle leghe, quali pH e temperatura (10);
#9687; l’assenza di simulazione della legatura del filo ortodontico
al bracket. Entrambi i componenti sono elementi
di un sistema in movimento e per questo sottoposti
a frizione (11);
#9687; l’assenza della flora intraorale da accumulo della placca
mucobatterica, che ha una duplice azione: in primo
luogo, alcune specie possono assorbire e metabolizzare
i metalli dalle leghe ed, inoltre, i prodotti di rilascio
del metabolismo microbico possono alterare le condizioni
del microambiente (per esempio la diminuzione
del pH favorisce il processo corrosivo). Diverse specie
batteriche, come i Bacteroides corrodens, i Thiobacilum
ferroxidans e lo Streptococcus mutans, possono
influenzare negativamente la struttura di superficie
delle leghe dentarie (12).
Dal momento che l’evento fondamentale che determina
la tossicità dei materiali metallici è il rilascio di ioni, è di
fondamentale importanza stabilire se vengono rilasciati
in misura tale da provocare effetti sfavorevoli. Pertanto,
gli scopi di questa revisione sistematica possono essere
così schematizzati:
#9687; stabilire se esistono prove di un rilascio significativo
in vivo degli ioni dalle apparecchiature ortododontiche;
#9687; stabilire se esistono prove di tossicità locale e sistemica
dovuta all’accumulo degli ioni rilasciati.
Materiali e metodi
#9632; Strategia di ricerca per la selezione degli studi
Utilizzando appropriate keyword, è stata condotta, nel
giugno 2007, una ricerca bibliografica sui database on
line e un’ulteriore ricerca manuale.
Sono stati utilizzati i seguenti database elettronici.
1. PubMed (dal 1970 al giugno 2007), sviluppato dalla
National Center for Biotechnology Information
(NCBI) e dalla National Library of Medicine.
2. EMBASE (dal 1980 al giugno 2007).
3. Cochrane Library, database di review sistematiche.
4. ISI, database elettronico.
I termini utilizzati per la ricerca sono stati i seguenti:
1. “ion release, orthodontic appliances”;
2. “salivary concentration, orthodontic appliances”;
3. “corrosion, dental alloy”.
Inoltre è stata eseguita un’ulteriore ricerca manuale di
lavori pubblicati su riviste di ambito ortodontico di rilievo
internazionale:
#9687; The European Journal of Orthododontics (dal 1979 al
giugno 2007).
#9687; The American Journal of Orthodontics and Dentofacial
Orthopedics (dal 1970 al giugno 2007).
#9687; The British Journal of Orthodontics (poi Journal of
Orthodontics nel 2000) (dal 1973 al giugno 2007).
#9687; The Angle Orthodontist (dal 1970 al giugno 2007).
#9632; Metodi della revisione
Due sono stati gli autori coinvolti nella ricerca degli
studi.
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Ortognatodonzia Italiana vol. 14, 4-2007
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237
Ortognatodonzia Italiana vol. 14, 4-2007
r e v i s i o n e d e l l a l e t t e r a t u r a
Sia la selezione degli articoli, sia le decisioni inerenti la
presenza o meno di requisiti di inclusione sono state condotte
in modo del tutto indipendente. Le divergenze relative
ad un dato lavoro sono state superate in seguito a
un’attenta analisi critica dello stesso, convenendo a decisioni
di gruppo.
I criteri di inclusione e di esclusione sono riportati schematicamente
nella tabella 1. La qualità degli studi eleggibili
è stata valutata analizzando la chiarezza dei criteri
di selezione del campione dello studio in esame, l’analisi
statistica utilizzata, la scelta randomizzata dei gruppi
di studio, le modalità di trattamento e di follow up dei
gruppi di studio. Sono stati presi in considerazione solo
articoli in lingua inglese.
Sono stati invece esclusi gli abstracts, gli studi di ambito
non ortodontico, studi di laboratorio, review e opinioni
di esperti. Gli studi che risultavano dalla ricerca di più
combinazioni di keyword sono stati considerati una sola
volta.
La variabile di studio è stata la differenza statisticamente
significativa nel rilascio degli ioni prima e durante il trattamento
ortodontico (per gli studi senza gruppo controllo),
e tra il gruppo con l’apparecchiatura e quello senza
(per gli studi con il gruppo controllo).
Risultati
#9632; Risultati della revisione
Attraverso una iniziale ricerca sui database on-line, sono
stati individuati 254 articoli.
Dopo aver analizzato gli studi applicando i criteri di
inclusione ed esclusione precedentemente descritti
(Tabella 1), sono stati selezionati 10 articoli per la revisione
finale.
Diversamente dagli studi esclusi, i 10 lavori selezionati
per la realizzazione della review rispondono pienamente
a quelli che sono i criteri di inclusione utilizzati nel
nostro lavoro e possono essere così suddivisi:
#9687; 6 studi clinici in cui il prelievo dei campioni di saliva
e/o sangue o urina viene effettuato esclusivamente
nell’ambito dello stesso gruppo di pazienti portatori di
apparecchiature ortodontiche in diversi periodi della
terapia stessa (13-18).
#9687; 2 studi clinici in cui il prelievo di saliva viene effettuato
su due differenti gruppi, quello portatore di
apparecchiature ortodontiche e quello di controllo
(19, 20).
#9687; 2 studi clinici in cui i campioni utilizzati per la stima
delle concentrazioni metalliche sono rappresentati
dalla placca mucobatterica e dalle cellule della mucosa
orale prelevati su due differenti gruppi, quello portatore
di apparecchiature ortodontiche e quello di controllo
(21, 22).
#9687; Nessuno studio clinico randomizzato e controllato.
#9632; Analisi dei risultati riportati
Otto dei 10 studi, che stimano le concentrazioni di ioni
metallici rilasciati dalle apparecchiature ortodontiche in
campioni salivari e/o ematici, concordano tutti nel ripor-
Criteri di inclusione
Articoli in lingua inglese
Studi sperimentali
Chiarezza dei criteri di inclusione ed esclusione dello
studio
Metodo di assegnazione casuale dei gruppi di studio
Modalità di trattamento dei gruppi di studio
Completezza del follow-up
Criteri di esclusione
Studi “in vitro”
Valutazione del rilascio di ioni da materiali non ortodontici
Reviews
Studi clinici non in grado di fornire risposte esaustive
“Studi in vivo” condotti su animali da laboratorio
Tab. 1. Tabella riassuntiva dei criteri di inclusione e di esclusione per la selezione degli studi.
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Ortognatodonzia Italiana vol. 14, 4-2007
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tare che tali concentrazioni risultano inferiori a quelle
introdotte fisiologicamente con la dieta. Di questi, solo 4
riportano un incremento statisticamente significativo
delle concentrazioni salivari di nichel, cromo e ferro
durante il periodo di trattamento (13, 14, 18, 22). Significativo
tra questi è lo studio di Agaoglu (14), il quale
riporta che le concentrazioni più alte di nichel (11,53
ppb) e cromo (1,53 ppb) si raggiungono dopo 1 mese di
trattamento ortodontico con valori di Ni talvolta più del
doppio di quelli stimati negli altri quattro periodi di rilevamento.
Lo stesso Gjerdet (17) riporta un rilascio statisticamente
significativo di nichel e ferro solo nelle fasi immediatamente
successive al montaggio dell’apparecchiatura
ortodontica, ma comunque una concentrazione minima
se comparata con quella proveniente dall’alimentazione.
Sei studi, invece, non riportano alcuna differenza statisticamente
significativa nelle concentrazioni salivari e/o
ematiche di cationi metallici (15-17, 19-21). Lo studio di
Menezes e coll. (18) ha, invece, valutato l’escrezione
urinaria di nichel prima dell’inizio del trattamento e due
mesi dopo l’inizio della terapia ortodontica con apparecchiatura
fissa. I risultati riportano un aumento statisticamente
significativo dei livelli di nichel nei campioni raccolti
a due mesi dall’inizio del trattamento.
Kocadereli (20) riporta, inoltre, l’assenza di differenze
statisticamente significative delle concentrazioni salivari
di nichel e cromo nei campioni raccolti prima e due
mesi dopo il montaggio delle differenti apparecchiature
ortodontiche. Infine gli unici due studi da noi selezionati
che stimano le concentrazioni degli ioni metallici
all’interno di campioni diversi da saliva, sangue e/o urine,
ma che utilizzano la placca mucobatterica o cellule
della mucosa orale (21, 22), riportano delle concentrazioni
di gran lunga più alte di quelle calcolate nei rispettivi
gruppi controllo (Tab. 2).
Discussione
La maggior parte degli studi inclusi nella revisione
riportano l’assenza di differenze statisticamente significative
nella concentrazione degli ioni nei liquidi biologici
(saliva e sangue) prima e dopo il trattamento, o tra il
gruppo di pazienti con l’apparecchiatura ortodontica e i
soggetti di controllo. Quando veniva riportata una differenza
statisticamente significativa in termini di incremento
delle concentrazioni salivari di ioni metallici, tali
quantità risultavano sempre inferiori a quelle introdotte
fisiologicamente con la dieta (13, 14, 18).
Gli studi analizzati sembrano confermare la sicurezza
dei materiali metallici utilizzati in ortodonzia. Nonostante
ciò permangono molti dubbi sulle metodiche di esecuzione
degli studi, in quanto nessuno di essi riportava il
calcolo della numerosità campionaria. Inoltre, i tempi di
permanenza dopo i quali venivano prelevati il sangue e
la saliva erano nella maggior parte dei casi brevi rispetto
alla durata media di un trattamento ortodontico. Di conseguenza,
le apparecchiature non avevano subito gli
effetti del processo corrosivo e dei fenomeni meccanici
come la fatica, lo stress e la frizione dovuti all’utilizzo a
lungo termine delle apparecchiature, che influenzano il
rilascio di ioni.
In realtà, gli studi individuati stimavano le concentrazioni
sotto specifiche condizioni che sono lontane dalle normali
situazioni cliniche, in quanto i protocolli per la raccolta
dei campioni salivari prevedevano una stimolazione
attraverso la masticazione di pezzi di paraffina o
chewingum che forniva un campione di saliva direttamente
secreto dalle ghiandole salivari e pertanto poco o
per niente a contatto con l’apparecchiatura ortodontica.
Risultati particolarmente interessanti sono stati riscontrati
nello studio di Faccioni et al. (22) e di Fors et al.
(21), che dimostrano un accumulo di ioni rispettivamente
nelle cellule del cavo orale e nella placca. Diversamente
da quanto accade per la saliva, la quale è sottoposta
ad un continuo ricambio, le cellule permettono di evidenziare
i fenomeni di accumulo dopo l’esposizione cronica
alle apparecchiature.
Sebbene i livelli di nichel nel sangue di pazienti ortodontici
non risultino differenti da quelli raggiunti in individui
non trattati ortodonticamente, ciò non esclude la
possibilità che il nichel e/o altri cationi si siano accumulati
in altri organi o apparati, come riportato da Menezes
e coll. (18) che ha dimostrato la presenza significativa di
nichel nelle urine di pazienti sottoposti da due mesi al
trattamento ortodontico.
Lo studio di Faccioni et al. (22) dimostra anche che è
possibile riscontrare una certa quantità di cellule apoptotiche
nella mucosa geniena dei pazienti ortodontici e che
il loro numero si correla con le concentrazioni degli ioni.
Tutto ciò fa nascere degli interrogativi sulla reale utilità
degli studi che stimano il rilascio degli ioni nella saliva.
Un’ulteriore considerazione clinica è relativa alle dosi
degli ioni, che, qualora non siano di gran lunga aumentate,
possono avere comunque effetti subtossici che acuiscono
l’infiammazione dovuta alla placca. Infatti, numerose
evidenze sperimentali suggeriscono che gli ioni
metallici possono modulare la produzione e il rilascio di
mediatori flogistici, come ad esempio le citochine in
seguito a stimolazione con LPS (8, 23, 24), la regolazione
di pathway di trasduzione del segnale, quali NF-kB
(25-28), o l’espressione di molecole di adesione (29).
Conclusioni
Questa è la prima revisione sistematica degli studi sul
rilascio degli ioni dalle apparecchiature ortodontiche nei
fluidi biologici. Come abbiamo riportato, in letteratura
sono presenti moltissimi studi effettuati “in vitro”, ma
pochi “in vivo”. I dati analizzati suggeriscono le seguenti
considerazioni:
#9687; gli studi presenti in letteratura sono pochi e sono effettuati
in condizioni sperimentali lontane da quelle cliniche;
#9687; non ci sono evidenze di un rilascio significativo di ioni
dalle apparecchiature ortodontiche nella saliva;
#9687; un solo studio ha dosato gli ioni in cellule della mucosa
del cavo orale, riportando differenze statisticamen-
239
Ortognatodonzia Italiana vol. 14, 4-2007
r e v i s i o n e d e l l a l e t t e r a t u r a
Studio Ioni N° Casi Controllo Campioni Tempi Prelievo Risultati
Menezes et al., 2007 Ni 21 Assente Urina Prima del mon- Incremento statisticamente significativo
taggio e 2 mesi della presenza di nichel nelle urine dopo
dopo due mesi dall’inizio del trattamento
Fors et al., 2006 Ni 24 24 soggetti Saliva Non indicati Nessuna differenza statisticamente signifisenza
appa- e placca cativa nella saliva. Differenze statisticamenrecchiatura
mucobat. te significative nella placca
Ramadan et al., 2004 Ni, Cr 20 Assente Saliva Prima del mon- Incremento statisticamente significativo del
taggio; 3 e 12 mesi rilascio ionico
dopo
Eliades et al., 2003 Ni, Cr 17 7 soggetti Saliva Dopo 1 anno Nessuna differenza statisticamente significae
Fe senza appa- di trattamento tiva
recchiatura
Faccioni et al., 2003 Ni, Co 55 30 soggetti Cellule Non indicati Incremento statisticamente significativo di
senza appa- mucosa nickel e cobalto in cellule pazienti
recchiatura geniena
Agaoglu et al., 2001 Ni, Cr 100 Assente Saliva Prima montaggio Incremento statisticamente significativo
e sangue 1 sett.; 1 mese; dopo 1 mese nella saliva e dopo due anni nel
1 e 2 anni dopo sangue
Kocadereli et al., 2000 Ni, Cr 30 15 soggetti Saliva Prima del mon- Nessuna differenza statisticamente significasenza
appa- taggio, 1 sett. 1, tiva in saliva
recchiature 2 mesi dopo
Kerosuo et al., 1997 Ni, Cr 47 Assente Saliva Prima montaggio, Nessuna differenza statisticamente significa-
2gg., 1 mese dopo tiva in saliva
Bishara et al., 1993 Ni 31 Assente Sangue Prima montaggio, Nessuna differenza statisticamente significa-
75 gg dopo tiva nelle concentrazioni ematiche di Ni
Gjerdet et al., 1991 Ni, Fe 34 Assente Saliva Prima del mon- Nessuna differenza statisticamente significataggio,
3 sett. dopo tiva nelle concentrazioni
Tab. 2. Tabella riassuntiva degli studi inclusi nella revisione sistematica.
Ortognatodonzia Italiana vol. 14, 4-2007
r e v i s i o n e d e l l a l e t t e r a t u r a
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te significative tra il gruppo con l’apparecchiatura
ortodontica e quello di controllo.
Nuovi studi dovrebbero essere effettuati, con una numerosità
campionaria sufficiente e con prelievi fatti a tempi
più lunghi dall’inizio del trattamento. Inoltre, sarebbe
utile dosare gli ioni non solo nella saliva, ma anche nelle
cellule del cavo orale.
Un ulteriore contributo alla nostra conoscenza sulla biocompatibilità
delle leghe metalliche potrebbe essere fornito
da studi clinici che indaghino le correlazioni tra
infiammazione gengivale, rilascio degli ioni e condizioni
di igiene orale.
Riassunto
Scopo del lavoro: è stata realizzata una revisione sistematica
della letteratura per stabilire l’esistenza di prove
scientifiche di un rilascio di ioni dalle apparecchiature
ortodontiche e della tossicità dovuta a questo rilascio.
Materiali e metodi: la ricerca è stata effettuata sui giornali
ortodontici internazionali e su quattro database elettronici
online: PubMed (dal 1970 al giugno 2007),
EMBASE (dal 1980 al giugno 2007), Cochrane Library,
ISI. Nella selezione degli articoli sono stati utilizzati
opportuni criteri di inclusione e di esclusione. La selezione
degli studi e la raccolta dei dati sono state effettuate
da due revisori.
Risultati: la ricerca ha portato alla selezione di 254 articoli.
La selezione ha qualificato 10 articoli per la realizzazione
della revisione. In accordo con la maggior parte
dei lavori, non è presente alcuna differenza statisticamente
significativa nella concentrazione di ioni nei fluidi biologici
(saliva, sangue e urina) prima e dopo il trattamento
ortodontico. Nessuna differenza statisticamente significativa
è stata riscontrata tra il gruppo portatore di un’apparecchiatura
ortodontica e quello controllo. Inoltre, il rilascio
di ioni nell’ambiente orale è significativamente inferiore
alle quantità normalmente assunte con la dieta.
Conclusioni: la revisione sistematica suggerisce che in
letteratura ci sono pochi studi “in vivo”. Il disegno sperimentale
degli studi considerati, nella maggior parte dei
casi, non è paragonabile alle condizioni della pratica clinica.
Non ci sono prove di un significativo rilascio di
ioni dalle apparecchiature ortodontiche nella saliva, ed
un solo studio riporta un accumulo rilevante di nichel
nelle cellule della mucosa orale.
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Indirizzo autore
Prof. Rosa Valletta
Dipartimento di Scienze Odontostomatologiche
e Maxillo-Facciali
Università degli Studi di Napoli " Federico II "
Via S. Pansini 5
80131 Napoli
Tel. 081.7462195
e-mail: valletta@unina.it
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Il rilascio di ioni metallici da apparecchiature o
Posted - 05 January 2009 : 17:01:57
