Efectos del consumo de alcohol en la oseointegración de implantes de titanio en conejos

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1 ICOI Efectos del consumo de alcohol en la oseointegración de implantes de titanio en conejos Effects of alcohol consumption on oseointegration of titanium implants in rabbits Samuel Koo, DDS, MS Bruno König Jr. DDS, PhD Cristina Ioshie Mizusaki DDS, PhD Sergio Allegrini Jr. DDS, PhD Marcelo Yoshimoto DDS, MS Marcelo Jose Carbonari PhD Artículo extraído de la revista lmplant Dentistry 2004;13(3) Traducción: Dr. Miguel Ángel Valdez CORRESPONDENCIA Samuel Koo, DDS, MS Center for Implantology. Goldman School of Dental Medicine. University of Boston 100 East Newton Street, Suite G-305 Boston MA USA samuelkoo@yahoo.com RESUMEN El consumo de alcohol afecta el metabolismo del hueso al impedir la proliferación de osteoblastos y aumentar la actividad osteoclástica. El objetivo de este estudio fue evaluar la formación de hueso en conejos alimentados con alcohol tras la colocación de implantes dentales de titanio. Los animales fueron alimentados con brandy de caña de azúcar y 20% de etanol pre y postquirúrgicamente (grupo 1), prequirúrgicamente sólo (grupo 2) y con agua como control (grupo 3). Durante el periodo postquirúrgico, los conejos recibieron dosis marcadores de 8 polifluorocromo: alizarina, calceína y tetracicilina. Los conejos fueron sacrificados 8 semanas después de la colocación del implasntes. Las zonas de hueso marcadas con polifluorocromo en los conejos que consumieron alcohol pre y postquirúrgicamente (grupo I) y prequirúrgicamente solamente (grupo II) fueron significativamente menos (P<0.05) que las del grupo de control III. El porcentaje de contacto directo del hueso con el implante fue significatievamente menos en el grupo pre y postquirúrgico (49.5%) y prequirúrgico solamente (49.2%) que en el grupo de control (64.7%) (P<0.05). Los conejos alcohólicos demostraron una densidad significativamente menor y menos contacto directo del hueso con el implantes. Palabras clave: Implantes dentales. Histomorfometría: Marcación del hueso con polifluorocromo. ABSTRACT Alcohol consumption affects bone metabolism by impairing osteoblast proliferation and by increasing osteoclastic activity. The purpose of this study was to evaluate bone formation in alcoholfed rabbits following the insertion of dental titanium implants. Animals were fed with 20% ethanol sugarcane brandy pre- and postoperatively (group 1), preoperatively only (group 2) and with water as control (group 3). During the postoperative period, rabbits received doses of labels (i.e. alizarin, calcein and tetracycline). Rabbits were killed 8 weeks after the implant insertion. The polyfluorocrhome-labeled bone areas in rabbits with alcohol consumption in pre and postoperative only (group 2) were significantly less (P<0.05) than in the control group (group 3). The percentage of direct bone-to-implant contact was significantly less in pre- and postoperative (49.5%) and preoperative-only (49.2%) groups than in the control group (64.7%) (P<0.05). Alcoholic rabbits demonstrated significantly less bone density and direct bone-to-implant cotact. Key words: Dental implants. Histomorphometry. Polyfluorocrhome bone label. 30 Rev. Esp. Odontoestomatológica de Implantes 2005;13(1):30-35

2 Efectos del consumo de alcohol en la oseointegración de implantes de titanio en conejos INTRODUCCIÓN Varios estudios han demostrado que el consumo de alcohol está asociado con una gran variedad de efectos negativos en el organismo, tales como incremento en la susceptibilidad ante organismos infecciosos 1, debilitación del sistema inmunológico 2, daño cerebral 3, lesiones al hígado 4, así como muchos otros efectos adversos. El metabolismo óseo también se ve afectado por el consumo de alcohol, porque este inhibe la proliferación de fibroblastos 5,6. Tomando en cuenta que los procesos de formación y remodelación ósea dependen de la actividad osteoblástica, la reducción en el número de células osteoblásticas resulta en la disminución del volumen óseo. Además de la debilitación de la actividad osteoblástica, la tasa de reabsorción ósea se acelera por el incremento en la actividad osteoclástica 7. Muchos estudios in vivo han reportado los efectos perjudiciales del alcohol en la formación de células osteoformadoras. El área de hueso cortical, la tasa de formación de hueso, y el volumen de la trabécula, se redujeron en ratas 8,9 y ratones 10 alimentados con alcohol. La masa esquelética es el resultado neto de un proceso de competición entre la formación de hueso por parte de los osteoblastos, y la reabsorción, por parte de los osteoclastos. Cuando se consume alcohol, hay un desbalance entre la formación y la reabsorción de hueso que resulta en perdida de hueso 11. En la terapia con implantes dentales, una óptima cicatrización ósea es esencial para alcanzar el éxito clínico. A pesar del hecho que el alcoholismo aflige a más de 14 millones de personas solamente en los Estados Unidos 12, el efecto del alcohol en la cicatrización de los implantes dentales de titanio no se ha establecido adecuadamente. El propósito del presente estudio fue evaluar, utilizando análisis histomorfométricos, el porcentaje de contacto Hueso-Implante (CHI), así como la cantidad de formación de hueso que ocurrió alrededor de implantes de titanio con superficies lisas y rugosas, en conejos alimentados con dietas basadas en alcohol. MATERIALES Y MÉTODOS Animales experimentales El protocolo del presente estudio fue aprobado por el Comité de Ética en Investigación en Animales del Instituto de Ciencias Biomédicas de la Universidad de Sao Paulo (Protocolo 008/2001). Se utilizaron nueve conejas blancas New Zealand con un peso promedio de 3.0 Kg. Los animales fueron acomodados individualmente y mantenidos en un ciclo de Claridad/Oscuridad de 12 horas, con temperatura controlada a 21º C, en cuartos designados como Habitación Animal. Las conejas utilizadas en el experimento, fueron divididas en tres grupos: Grupo 1: (3 animales) Fueron alimentados con Brandy de caña de azúcar con 20% de etanol ad libitum durante 3 semanas pre-operatorias y 8 semanas post-operatorias. Grupo 2: (3 animales) Fueron alimentados con Brandy de caña de azúcar con 20% de etanol y agua ad libitum durante 3 semanas pre-operatorias y 8 semanas post-operatorias. Grupo 3: (grupo control) Fueron alimentados con agua tanto para el periodo pre como para el post-operatorio. CIRUGÍA DE IMPLANTACIÓN Se utilizaron un total de 36 implantes Osteofit (DSP Inc., Campo Largo, Paraná, Brasil). Los implantes usados eran de titanio comercialmente puro, grado 2, auto-roscantes, tipo tornillo, 8.5 mm. de longitud y 3.75 mm. de diámetro. Dieciocho implantes tenían la superficie tratada con Oxido de Titanio para crear superficies rugosas, y fueron colocados en la tibia derecha de las conejas. Los implantes restantes tenían una superficie mecanizada, y fueron colocados en las tibias izquierdas de las conejas. El procedimiento quirúrgico fue llevado a cabo sedando a los animales como primer paso, usando Hidrocloruro de Xylazina por inyección intra-muscular (5 mg./kg.), seguido por la inyección de anestesia general intramuscular (Hidroclururo de Ketamina 35 mg./kg.). Luego se hizo una infiltración rutinaria de lidocaína al 2% con epinefrina en una dilución Rev. Esp. Odontoestomatológica de Implantes 2005;13(1):

3 ICOI 1:100,000, en los sitios quirúrgicos. Un tranquilizante con 0.2% de Acepromazina, también se administró. Se colocaron 2 implantes en la epífisis proximal de cada tibia, con irrigación de solución salina estéril, de acuerdo al protocolo de rutina establecido para cirugía de implantes. El periostio, tejido conectivo y piel, fueron suturados en capas. Se administraron antibióticos post-operatorio por inyección intramuscular. MARCACIÓN SECUENCIAL CON POLIFLUOROCROMO Para la evaluación de la formación ósea post-operatoria, se utilizó la marcación secuencial con Polifluorocromo 13. Iniciando en el día post-operatorio número 14, los animales recibieron inyecciones semanales subcutáneas del marcador fluorescente. Los marcadores fluorescentes usados fueron Alizarina (30mg./Kg.), Calceina (10 mg./kg.) y tetraciclina (60 mg./kg.) PREPARACIONES HISTOLÓGICAS Después del periodo de cicatrización de 8 semanas, los animales fueron sacrificados con una sobredosis de pentobarbital, y las tibias fueron preparadas para análisis histológico. Los bloques de tejido conteniendo los implantes fueron deshidratados a través de una exposición gradual a etanol al 70-99% durante periodos de 24 a 56 horas en cada solución. Las muestras fueron embebidas en una solución de Glycolmetacrilato (Tecnovit 7200 VLC, Heraeus Kulzer, Wehrheim, Alemania). Después de la polimerización, las muestras fueron procesadas de acuerdo con la técnica de Corte-Desgaste 14. Los cortes permanecieron sin tinción alguna para ser analizados bajo el microscopio de fluorescencia. Los mismos cortes fueron posteriormente teñidos con azul de Toluidina para su posterior análisis con microscopio de luz. Aristoplan, Leitz GMBH, Wetzlar, Alemania). El área total de hueso marcado con Polifluorocromo (Alzarina, Calceina y Tetraciclina) y el porcentaje de contacto hueso-implante fue determinado en el área de hueso cortical, usando un sistema analizador de imágenes (Image Pro Plus 4.1, Media Cybernetics, Silver Spring, MD, USA). ESTADÍSTICAS Los datos fueron enviados para análisis estadístico usando SPSS versión 10.0 (SPSS Inc. Chicago, IL, USA). El significado estadístico de la diferencia entre los valores medios del grupo fue evaluado por ANOVA. Los valores de P < 0.05 fueron considerados estadísticamente significativos. RESULTADOS Las áreas de hueso marcadas con Polifluorocromo, en las conejas del grupo 1, fueron significantemente menores (P <.05) que las del grupo control (Grupo 3) (Figura 1). Las Figuras 2-4 muestran el hueso marcado con Polifluorocromo, observado bajo microscopio de luz fluorescente. El área de hueso marcado con Polifluorocromo, en contacto con los implantes con superficie rugosa, no tuvo una diferencia significativa respecto del hueso en contacto con implantes de superficie lisa mecanizada (P>0.05). No ANÁLISIS HISTOMORFOMÉTRICO El análisis Histomorfométrico se llevó a cabo usando un microscopio bajo luz fluorescente (Leitz- Figura 1. Promedio de áreas de hueso marcado con Polifluorocromo en las roscas de implantes, 8 semanas después de la inserción. PP, alcohol pre y post-operatorio; P, alcohol preoperatorio; C, control. Diferencia estadística (P <0.05). 32 Rev. Esp. Odontoestomatológica de Implantes 2005;13(1):30-35

4 Efectos del consumo de alcohol en la oseointegración de implantes de titanio en conejos Figura 2. Hueso marcado con Polifluorocromo 8 semanas después de la inserción en conejas de control, mostrando una predominancia de ostiones bien organizados. Al, alizarina; Ca, Calceina; Te, tetraciclina; Bar 100µm. Figura 4. Hueso marcado con Polifluorocromo 8 semanas después de la inserción en conejas alimentadas pre y post-operativamente con alcohol, evidenciando escasa fluorescencia. Bar 100µm. Figura 3. Hueso marcado con Polifluorocromo 8 semanas después de la inserción en conejas alimentadas preoperativamente con alcohol, mostrando aun la presencia de ostiones inmaduros. La última marcación con Polifluorocromo, tetraciclina esta junto a la superficie del implante. Bar 100µm. hubo diferencia significativa en las áreas de hueso marcadas con Alizarina, Calceina y Tetraciclina (P>0.05). El porcentaje de contacto hueso-implante fue mayor en el grupo control (64.7%) en comparación con los grupos pre y post-operatorio (49.5%) y pre-operatorio únicamente (49.2%) (P<0.05) (Figura 5). Sin embargo, el Área de Contacto con Hueso (ACH) fue similar entre superficies rugosas (55.1%) y superficies lisas mecanizadas (52.9%) (P>0.05). Figura 5. Promedio de porcentajes de contacto directo huesoimplante 8 semanas después de la inserción. PP, alcohol pre y post-operatorio; P, alcohol preoperatorio; C, control. Diferencia estadística (P <0.05). DISCUSIÓN El alcoholismo es una enfermedad psiquiátrica crónica y progresiva que aflige a mas de 14 millones de personas solamente en los Estados Unidos 12. Los pacientes alcohólicos requieren de más cuidados orales, dado que son mas propensos a desarrollar cáncer y perder dientes como resultado de su defectuosa higiene oral, disminución en el flujo salivar y la agresión física El pronóstico se empeora aún más, debido a la disminuida capacidad de cicatrización y también por la alta incidencia de osteoporosis en los pacientes consumidores de alcohol 16. Rev. Esp. Odontoestomatológica de Implantes 2005;13(1):

5 ICOI En Brasil, las bebidas alcohólicas se consumen muy frecuentemente. La bebida nacional, el brandy de caña de azúcar, es la segunda bebida alcohólica más popular después de la cerveza, y se exporta a más de 60 países alrededor del mundo. En este experimento, las conejas fueron alimentadas con brandy de caña de azúcar conteniendo 20% de etanol. El objetivo de alimentar a las conejas con brandy en vez de hacerlo con etanol fue el de reproducir los hábitos humanos de bebi - da. El presente estudio demuestra que el consumo de alcohol disminuye la osteointegración total, y que dejar el habito de beber alcohol previo a la inserción de implantes dentales no revierte el efecto nocivo del alcohol en la formación de hueso. Ekfeldt, et al. 17 llevaron a cabo un estudio retrospectivo para comprobar los factores asociados con múltiples pérdidas de implantes en maxilares. Los pacientes que perdieron más de la mitad de sus implantes tenían una historia de adicción al alcohol. La mayoría de investigadores están de acuerdo con los presentes hallazgos respecto al consumo de alcohol y la formación ósea 10,18,19. La reversibilidad de los efectos nocivos del alcohol en la formación de hueso aún son controversiales y parecen estar en relación con las dosis, frecuencia, duración y etapa de la vida cuando el alcohol fue consumido 20. Sampson, et al. 9 alimentaron a ratas de 4 semanas de edad con calorías derivadas de etanol al 35% durante dos semanas, seguido por 2 semanas de recuperación. Los parámetros morfológicos del fémur, tales como longitud, diámetro, y volumen, fueron mayores que aquellos de los animales permanentemente alimentados con alcohol, pero menores que el grupo control, sugiriendo que la osteopenia debida al consumo de alcohol, no es completamente reversible. Resultados similares apoyan el hallazgo de que los efectos del metabolismo óseo reducido durante el periodo de crecimiento pueden durar el resto de la vida 20, 21. Lindholm, et al. 22 estudió diferentes variables del suero y orina, así como el contenido mineral en hueso e histomorfometría en hombres con abstinencia de alcohol de por lo menos 2 años. Los pacientes abstemios presentaron valores similares de los de los pacientes normales, por lo que el autor sugiere que la perturbación metabólica en hueso inducida por el alcohol podría ser reversible. El uso de conejos como modelo presenta varias ventajas para el estudio de osteointegración. Los conejos son fáciles de obtener y de cuidar. También presentan una adecuada masa ósea que permite la inserción de implantes dentales 23. Además los conejos mantuvieron un consumo diario aceptable de alcohol de 190 ml. en promedio, volumen ligeramente menor que el de los conejos alimentados con agua (230 ml.). La marcación secuencial con Polifluorocromo es una herramienta importante para la identificación de modelación y remodelación ósea posterior a la inserción de implantes en tibias de conejos. Los colores detectados por el uso de marcadores fluorescentes (alizarina, calceina y tetraciclina) coincidieron con los estudios previos hechos por Haider, et al. 24 En el presente estudio, el consumo de alcohol afectó negativamente la formación de hueso en conejos. Sin embargo, los resultados deben ser interpretados cuidadosamente para humanos. El Brandy de caña de azúcar con alcohol al 20% fue la única bebida disponible para las conejas designadas como grupos experimentales. Este es un hecho que puede explicar por qué las conejas alimentadas con alcohol nunca se recuperaron de la influencia negativa del alcohol pre-operativamente aun cuando algunas regresaron a una dieta post-operatoria de agua. Se necesita de estudios posteriores para investigar el consumo de alcohol en relación al peso corporal y la longitud de la abstinencia que no interfiere con la remodelación ósea alrededor de implantes de titanio. CONCLUSIÓN El presente estudio demuestra que el consumo de alcohol disminuye tanto la densidad ósea como el contacto directo hueso-implante alrededor de implantes de titanio en conejos usados experimentalmente. 34 Rev. Esp. Odontoestomatológica de Implantes 2005;13(1):30-35

6 Efectos del consumo de alcohol en la oseointegración de implantes de titanio en conejos ACLARACIÓN Los autores afirman no tener ningún interés económico con ninguna compañía ni con ningún producto mencionado en este artículo. AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen a La Fundación para Investigación del Estado de Sao Paulo por el fondo para investigación (FAPESP 02/ ). BIBLIOGRAFÍA 1. Jerrells TR, Slukvin I, Sibley D, et al. Increased susceptibility of experimental animals to infectious organisms as a consequence of ethanol consumption. Alcohol Suppl 1994;2: Baker RC, Jerrells TR. Recent developments in alcoholism: immunological aspects. Recent Dev Alcohol 1993;11: Harper C. The neuropathology of alcohol-specific brain damage, or does the alcohol damage the brain? J Neuropathol Exp Neurol 1998;57: Gao B. Interaction of alcohol and hepatitis viral proteins: implication in synergistic effect of alcohol drinking and viral hepatitis on liver injury. Alcohol 2002;27: Klein RF, Fausti KR, Carlos AS. Ethanol inhibits human osteoblastic cell proliferation. Alcohol Clin Exp Res 1996; 20: Turner RT, Wronski TJ, Zhang M, et al. Effects of ethanol on gene expression in rat bone: trasient dose-dependent changes in mrna levels for matrix proteins, skeletal growth factors, and cytokines are followed by reductions in bone formation. Alcohol Clin Exp Res 1998;22: Cheung RC, Gray C, Boyde A, et al. Effects of ethanol on bone cells in vitro resulting in increased resorption. Bone 1995;16: Hogan HA, Sampson HW, Cashier E, et al. Alcohol consumption by young actively growing rats: a study of cor - tical bone histomorphometry and mechanical propierties. Alcohol Clin Exp Res 1997;21: Sampson HW, Spears H. Osteopenia due to chronic alcohol consumption by young actively growing rats is not completely reversible. Alcohol Clin Exp Res 1999;23: Dai J, Zhang J, Habib P, et al. Chronic alcohol ingestion induces osteoclastogenesis and bone loss through IL-6 in mice. J Clin Invest 2000;106: Nyquist F, Ljunghall S, Berglund M, et al. Biochemical markers of bone metabolism afeter short and long time ethanol withdrawal in alchoholics. Bone 1996;19: Friedlander AH, Marder SR, Pisegna JR, et al. Alcoholabuse and dependence: psycophatology, medical management and dental implications. J Am Dent Assoc 2003;134: König Júnior B, Lopes CC. Bone remodelling analysis after placement of dental implants using polyfluorocrhome sequential labelling. Ann Anat 2002;184: Donath K, Breuner G. A method for the study of undeclacified bones and teeth with attached soft tissues. J Oral Pathol 1982;11: Gianini RJ, Litvoc J, Eluf Neto J. Physical aggression and social class. Rev Saude Publica 1999;33: Moniz C. Alcohol and bone. Br Med Bull 1994;50: Ekfeldt A, Christiansson U, Eriksson Y, et al. A retrospective analysis of factors associated with multiple implant failures in maxillae. Clin Oral Implants Res 2001; 12: Habick BF, Blakley PM, Houston CS, et al. Bone age and growth in fetal alcohol syndrome. Alcohol Clin Exp Res 1998;22: Hogan HA, Groves JA, Sampson HV. Long-term alcohol consumption in the rat affects femur cross-sectional geometry and bone tissue material properties. Alcohol Clin Exp Res 1999;23: Wezeman FH, Emanuele MA, Emanuele MV, et al. Chronic alcohol consumption during male rat adolescence impairs skeletal development through effects on osteoblast gene expression, bone mineral density and bone strength. Alcohol Clin Exp Res 1999;23: Sampson HW. Effects of alcohol consumption on adult and aged bone: a histomorphometric study of the rat animal model. Alcohol Clin Exp Res 1998;22: Lindholm J, Steiniche T, Rasmussen E, et al. Bone disorder in men with chronic alcoholism; a reversible disease? J Clin Encocrinol Metab 1991;73: Mori H, Manabe M, Kurachi Y, et al. Osseointegration of dental implants in rabbits bone with low mineral density. J Oral Maxillofac Surg 1997;55: Haider R, Watzek G, Plenk H. Effects of drill cooling and bone structure on IMZ implant fixation. J Oral Maxillofac Surg 1993;8: Rev. Esp. Odontoestomatológica de Implantes 2005;13(1):