Periodontal status and mandibular biomechanics in rats subjected to hyposalivation and periodontitis / Estudio del estado periodontal y la biomecánica mandibular en ratas sometidas a hiposalivación y periodontitis

ABSTRACT Xerostomia emerges as a consequence of salivary gland hypofunction, and seriously compromises the integrity of hard and soft oral tissues, whileperiodontitis is an infectious disease characterized by biofilm accumulation, inflammation and alveolar bone resorption. Aim The aim this study was to compare the deleterious effects caused by experimental hyposalivation, periodontitis, and the combination of both on periodontal tissues and mandibular biomechanics in rats. Materials and Method Hyposalivation (group H) was induced through bilateral submandibulectomy. Periodontitis (group EP) was induced by injecting LPS (1 mg/ml) into the gingiva of the first lower molars. A third group was subjected to both conditions (group H+EP). Alveolar bone loss was evaluated by micro-computed tomography and histomorphometric analysis, and gingival inflammatory mediators were assessed by specific techniques. Biomechanical properties were evaluated in mandible. Results Alveolar bone loss increased similarly in groups H, EP and H+EP compared to control. Metalloproteinase (MMP2 and MMP9) activity was similar in H and control, but higher in groups EP and H+EP (MMP2: C 9644+2214, EP 34441+3336, H 5818+1532, H+EP 42673+3184; MMP9: C 5792+961, EP 14807+861, H 9295+520, H+EP 4838+1531). The rest of the inflammatory mediators evaluated increased in groups H, EP and H+EP to a greater or lesser extent with respect to the control, although in most cases, they were higher in groups EP and H+EP than in group H. The biomechanical properties of the mandible increased in group H compared to the other three groups. Conclusions Both hyposalivation and periodontitis cause periodontal damage, but hyposalivation also produces biomechanical alterations, causing more extensive deleterious effects than periodontitis.

RESUMEN La xerostomía surge como consecuencia de la hipofunción de las glándulas salivales y compromete seriamente la integridad de los tejidos orales duros y blandos, mientras que la periodontitis es una enfermedad infecciosa caracterizada por la acumulación de biofilm, inflamación y reabsorción ósea alveolar. Objetivo El objetivo del presente estudio fue comparar los efectos deletéreos causados por la hiposalivación y la periodontitis experimental, y la combinación de ambas sobre los tejidos periodontales y la biomecánica mandibular en ratas. Materiales y Método La hiposalivación (H) se indujo mediante una submandibulectomía bilateral. Por otra parte, la periodontitis (PE) se indujo mediante la inyección de LPS (1 mg/ml) en la encía de los primeros molares inferiores. Otro grupo se sometió a ambas condiciones (H+PE). La pérdida ósea alveolar se evaluó mediante tomografia microcomputarizada y análisis histomorfométrico, mientras que los mediadores inflamatorios gingivales fueron determinados mediante técnicas específicas. Se evaluaron las propiedades biomecánicas en la mandíbula. Resultados La hiposalivación aumentó la pérdida ósea alveolar en comparación con el control de forma similar a la PE y H+PE. La actividad de las metaloproteinasas (MMP2 y MMP9) fue similar en los grupos H y control, pero resultó mayor en los grupos PE y H+PE (MMP2: C 9644+2214, PE 34441+3336, H 5818+1532, H+PE 42673+3184; MMP9: C 5792+961, PE 14807+861, H 9295+520, H+PE 24838+1531). El resto de los mediadores inflamatorios evaluados aumentaron en mayor o menor medida en los grupos H, PE y H+PE respecto al control, aunque en la mayoría de los casos fueron superiores en los grupos PE y H+PE respecto al grupo H. Sin embargo, las propiedades biomecánicas de la mandíbula aumentaron en el grupo H con respecto a los otros grupos. Conclusiones Tanto la hiposalivación como la periodontitis causan daño periodontal, pero la hiposalivación también produce alteraciones biomecánicas, provocando efectos deletéreos más extensos que la periodontitis.

Signs of alveolar bone damage in early stages of periodontitis and its prevention by stimulation of cannabinoid receptor 2. Model in rats / Signos de daño óseo alveolar en estadios tempranos de periodontitis y su prevención por estimulación del receptor cannabinoide 2. Modelo en ratas microcisalhamento do cimento resinoso

ABSTRACT The aims of the present study were, first, to identify signs of alveolar bone damage in early stages of experimental periodontitis (EP) and, second, to assess its possible prevention by treatment with cannabinoid receptor 2 agonist HU 308. Experimental periodontitis was induced by injections of lipopolysaccharide (LPS) (1mg/ml) in gums surrounding maxillary and mandibular first molar, 3 days per week, and untreated controls were kept for comparison. Then, a 3-week study was conducted including eighteen new rats (six rats per group): 1) controls; 2) experimental periodontitis rats; and 3) experimental periodontitis rats treated daily with HU 308 (500 ng/ml). After euthanasia, alveolar bone loss was assessed by morphometric and histomorphometric techniques, and the content of prostaglandin E2 (PGE2) in gingival tissue was evaluated by radioimmunoassay. The first signs of alveolar bone loss were apparent at 3 weeks of experimental periodontitis (ρ<0.05) in the mandibular first molar, but there was no detectable change at 1 week, leading us to establish 3 weeks as an early stage of experimental periodontitis. Rats subjected to 3-week experimental periodontitis showed less interradicular bone volume, less whole bone perimeter and fewer bone formation areas, and higher periodontal space height, bone resorption areas, number of osteoclasts and gingival content of prostaglandin E2 than controls, while HU 308 prevented, at least partially, the deleterious effects (ρ<0.001). We can conclude that a 3-week term of lipopolysaccharide-induced periodontitis in rats provides a valid model of the early stage of the disease, as emerging damage is observed in bone tissue. Furthermore, harmful effects at 3 weeks could be prevented by local stimulation of cannabinoid receptor 2, before greater damage is produced.

RESUMEN El objetivo del presente trabajo fue, en primer lugar, identificar signos de daño óseo alveolar en estadios tempranos de periodontitis experimental y, en segundo lugar, evaluar su posible prevención mediante el tratamiento con el agonista del receptor cannabinoide 2, HU 308. La periodontitis experimental fue inducida por inyecciones de lipopolisacárido (1mg/ml) en la encía circundante al primer molar maxilar y mandibular, 3 días por semana, en tanto que controles no tratados fueron mantenidos para la comparación. Posteriormente, un estudio de 3 semanas con dieciocho nuevas ratas (seis por grupo) fue desarrollado: 1) controles; 2) ratas con periodontitis experimental, y 3) ratas con periodontitis experimental tratadas diariamente con HU 308 (500ng/ml). Luego de la euthanasia, la pérdida ósea alveolar fue evaluada por técnicas morfométricas e histomorfométricas, y el contenido de prostaglandina E2 en el tejido gingival fue determinado por radioinmunoensayo. Los primeros signos de pérdida ósea alveolar fueron evidentes a las 3 semanas de inducción de periodontitis experimental (ρ<0.05) en el primer molar mandibular, mientras que no hubo cambios detectables luego de 1 semana de inducción, hecho que nos condujo a establecer a las 3 semanas como un estadio temprano de periodontitis experimental, Las ratas sometidas a perdiodontitis experimental de 3 semanas mostraron menor volumen óseo interradicular, menor perímetro óseo y menos áreas de formación ósea, y mayor altura del espacio periodontal, más áreas de reabsorción ósea, mayor número de osteoclastos y mayor contenido gingival de prostaglandina E2, en comparación a los controles, mientras que el tratamiento con HU 308 previno, al menos parcialmente, los efectos deletéreos (ρ<0.001). Podemos concluir que el término de 3 semanas de periodontitis inducida por lipopolisacárido es un modelo válido de estadio inicial de la enfermedad experimental, dado que se evidencia daño emergente en el tejido óseo. Asimismo, los efectos deletéreos de 3 semanas podrían ser prevenidos por la estimulación local del receptor cannabinoide 2, antes que un daño mayor sea producido.

Sequential administration of alendronate and strontium ranelate: histomorphometry and bone biomechanics in ovariectomized animals

Bisphosphonates are the first choice therapy for the pharmaco logical treatment of osteoporosis. Following reports of cases of bisphosphonaterelated osteonecrosis of the jaw and atypical femur fracture, the safety of longterm use of bisphosphonates has been evaluated, resulting in the proposal of strontium as an alternative drug. No experimental study using a sequential administration design has been reported to date. Hence, the aim of this study was to evaluate the effect on bone tissue of ovariectomized rats of administration of alendronate followed by strontium ranelate. Fortyeight female Wistar rats were ovariectomized on day 1 of the experiment. Beginning on day 30, they were administered 0.3 mg/kg/week of alendronate (ALN) or vehicle (VEH) for 8 weeks. Two groups (ALN and corresponding control) were euthanized at this time, and the remaining animals were divided into 4 groups and given 290 mg/kg/day of strontium ranelate (SR) in their drinking water (TW) or only water for 4 months. Experimental groups were: ALN+SR, ALN+TW, VEH+SR, VEH+TW, ALN and VEH. The tibiae and hemimandibles were resected for histomorphometric evaluation, and the right femur was used to perform biomechanical studies. ANOVA and Bonferroni test were applied. Diaphyseal stiffness, maximum elastic load and fracture load increased in animals that received alendronate, regardless of whether or not they received subsequent SR treatment. Fracture load also increased in VEH+ SR versus control (VEH+TW). Subchondral and interradicular bone volumes were significantly higher in animals that received ALN than in those that received vehicle. No difference was observed in cortical area or thickness of the tibia among treatments. The results obtained with the model presented here, evaluating tibial and mandibular interradicular bone, showed that the combination of ALN and SR and administration of ALN alone are equally effective in preventing bone loss associated with ovariectomyinduced estrogen depletion.

Si bien la primera opción terapéutica para el tratamiento farmacológico de la osteoporosis son los bisfosfonatos (BPs), luego de los primeros reportes en 2003 de los casos de osteone crosis de mandíbula asociada al uso de dichas drogas y las fracturas atípicas de fémur, se ha evaluado su seguridad a largo plazo. Además, en aquellos pacientes que no responden al tratamiento con BPs y mantienen elevado el riesgo de fractura, es necesario suspender su administración y alternar con otras drogas. Una de las que se ha utilizado en la clínica luego del tratamiento con BPs es el ranelato de estroncio (SR). Existen varios trabajos clínicos que reportan los efectos de la administra ción secuencial de ambas drogas, aunque estudios experi men tales con un diseño secuencial aun no se han reportado. Por ello el objetivo de este trabajo ha sido evaluar el efecto de la administración secuencial de alendronato, seguido de ranelato de estroncio sobre el tejido óseo de ratas ovariectomizadas. Se utilizaron 48 ratas Wistar hembras de dos meses de edad divididas en 6 grupos de 8 animales cada uno. El día 1 de experiencia todas fueron ovariectomizadas. El día 30 se comenzó con la administración de alendronato (ALN) en una dosis de 0.3 mg/kg/semana o vehículo (VEH) durante 8 semanas. Luego de este período se sacrificaron dos grupos (uno que recibió ALN y su correspondiente control (sólo vehículo). Los cuatro grupos restantes continuaron con ranelato de estroncio (SR) en el agua de bebida durante 4 meses en una dosis de 290 mg/kg/día o sólo agua corriente( TW) Luego de ese período fueron eutanasiados. Así, los grupos experimentales conformados fueron: ALN+SR, ALN+TW, VEH+SR, VEH+TW, ALN y VEH. Para los estudios histomorfométricos se extrajeron ambas tibias y hemimandíbulas; para el estudio biomecánico se utilizó el fémur derecho. Los resultados fueron analizados mediante el test de ANOVA y el test de Bonferroni. Incrementaron significativamente la rigidez diafisaria, la carga elástica límite y la carga de fractura aquellos grupos que recibieron alendronato versus aquellos que no lo recibieron, independientemente del tratamiento posterior con SR. La carga de fractura además fue mayor en el grupo VEH+SR versus el control (VEH+TW). En cuanto al volumen óseo subcondral e interradicular evaluado histomorfométricamente fue significativamente mayor en aquellos animales que recibieron ALN versus aquellos que recibieron vehículo. No se detectaron diferencias entre aquellos grupos que recibieron SR y sus controles. El área y espesor cortical de la tibia no mostraron diferencias entre grupos. Los resultados obtenidos en el modelo estudiado tanto a nivel del volumen óseo subcondral y cortical de la tibia como a nivel del hueso interradicular del maxilar inferior, mostraron que la combinación de ALN con SR y la administración aislada de ALN son igualmente efectivas para prevenir la pérdida ósea causada por la depleción estrogénica de la ovariectomía.