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EFECTO DEL LÁSER BLANDO DE He-Ne  DE 2MW EN LA FORMACIÓN DE LA INTERFASE HUESO IMPLANTE

EFFECT OF THE APPLICATION OF THE LOW-LEVEL (2MW HE-NE) LASER TREATMENT ON THE OSSEOUS INTERACTION IN THE INTERPHASE BONE-IMPLANTS.

 

Oscar Hernán Marin Escobar.
Catherine Díaz Quiroz.
José Edison Arcila Moreno.
Residentes Especialización en Periodoncia y Oseointegración. Universidad Cooperativa de Colombia.
Alejandro Botero Botero.
Ph. D. en Periodoncia. Docente de Pregrado de Odontología Universidad Cooperativa de Colombia, Seccional Medellín.
Claudia Leonor Bastidas Ramírez.
Especialista en Epidemiología. Coordinadora de Investigación  Especializaciones en Odontología. Universidad Cooperativa de Colombia, Sede Bogotá.

 

 

RESUMEN

Objetivo: Determinar el efecto del láser blando He-Ne 2 mw  en la formación de la interfase  hueso-implante de titanio en tibia de conejos. Métodos: Estudio de tipo cuasi-experimental, la muestra fueron 8 conejos adultos sin previa manipulación biológica, de 12 semanas de edad, con 3-3.5Kg/peso, de raza Nueva Zelanda. Se excluyeron los conejos que estuvieran consumiendo algún tipo de medicamento y que padecieran alguna enfermedad de tipo sistémico. Este estudio fue hecho en un modelo animal a doble ciego, diseñando un placebo control. Se utilizaron implantes de titanio de  5mm de diámetro por 3mm de longitud, marca IMETI, sembrados  en la tibia de las patas traseras derecha e izquierda de conejos de raza Nueva Zelanda. Las patas traseras derechas se sembraron con implantes  y se irradiaron con el láser blando de He-Ne 2mw por 180 seg y las patas izquierdas se dejaron como grupo control y se irradiaron con el láser apagado. El láser fue utilizado inmediatamente después de la cirugía y aplicado consecutivamente por 10 días. Resultados: La evaluación histomorfométrica sugirió que el grupo irradiado tenía más contacto hueso implante que el grupo control. Los porcentajes de calcio y fósforo, fueron más altos en el grupo irradiado, cuando se comparó con los controles (P=0.05 y P=0.05), respectivamente, sugiriendo que el proceso de maduración ósea fue más rápido en el hueso irradiado. Conclusiones: El láser blando de He-Ne de baja potencia debe tener un efecto favorable sobre la cicatrización y contacto intimo de los implantes de titanio.

Palabras claves: Oseointegración, implante, láser blando He-Ne 2 mw.


ABSTRACT

Objetive: demonstrate the effect of the application of the low-level (2mw He-Ne) laser treatment on the osseous interaction in the interphase bone-implants. Methods: This study was completed using a double-blind-animal model, with a placebo control. 5 by 3mm titanium implants were used to seed in the tibias of the back-legs of New Zealand breed rabbits. The rabbits’ right-back-legs were seeded with the implant and were irradiated with the laser; while the rabbits’ back-left-legs were used as control group and were irradiated with the laser off. The laser treatment was applied after the surgery, consecutively for 10 days to seedtime. Results: The mechanisms of union between the bone and the titanium implants were evaluated using the scanning electron microscope (SEM JSM-6490), by means of high and low resolution images. This evaluation permitted the topographic and morphologic characterization of the interphase bone - implants. Additionally, a semi-quantitative elementary chemical analysis was conducted using an energy dispersive X-ray detector (EDX) in nine random points of each cut. Results: The histomorphometric evaluation suggested that the contact bone-implants was better developed in the irradiated group than the control group. Also, the percentage of calcium and phosphorus were higher in the irradiated group, compared with the controls group. This result suggests that the process of bone maturation was faster in the irradiated bone. Conclusions: the low-level (2mw he-ne) laser treatment might have a favorable effect on the healing and contac intimate of the titanium implants.

Key words
: Oseointegración, implants, soft laser, Have.

 

INTRODUCCIÓN

En el año 1952 el Dr., Branemark descubrió por accidente la interacción que se lograba entre un aditamento metálico de titanio y hueso vital, proceso que se definió posteriormente como Oseointegración, que es la relación intima de contacto a nivel macro y micro entre hueso e implante. Estudio el efecto de la aplicación del láser blando de He-Ne en la interacción ósea en la interfase hueso implante, relacionado con los criterios de éxito en implantes. (1)
Davies (1998) describe que la oseointegración se puede lograr por medio de la  osteogénesis a distancia que ocurre cuando el tejido óseo nuevo se forma desde la superficie del hueso que rodea el implante, donde las superficies existentes de hueso proveen una población de células osteogénicas, las cuales secretan matriz nueva. En este tipo de osteogénesis, la superficie del implante siempre estará separada del hueso por una matriz extracelular de tejido conectivo. También describe la osteogénesis de contacto, donde el hueso nuevo se forma inicialmente en la superficie del implante, y se extiende de ésta hacia el hueso que previamente lo rodeó. Ello se logra mediante la colonización de la superficie del implante por una población de células osteogénicas antes de la iniciación de la formación de matriz ósea. (2) En este proceso las plaquetas y la fibrina juegan un rol predominante, produciéndose la unión firme de ésta última a la superficie del implante esencial. (3)
Es importante que la fibrina se encuentre firmemente adherida, ya que la perdida de ésta, concomitante con la retracción de la herida durante la migración celular, podría evitar que las células migrantes alcancen la superficie del implante que se desea integrar. (4, 5, 6) Después de 14 días luego de posicionar un implante en boca, con estrategias de carga, ya se pueden observar fibras de colágeno y osteoblastos en contacto íntimo con el implante. (7) Con el crecimiento de los cristales de fosfato de calcio ocurre una inserción de fibras colágenas, con una mineralización posterior, tanto de las fibras como del espacio existente entre ellas.
En 1998, Smith y Zarb propusieron seis criterios de éxito en implantes, dos de los cuales tienen relación directa con los conceptos histológicos antes comentados. El primero de ellos dice que el implante debe estar inmóvil clínicamente. Se sabe que para que se produzca movilidad se necesita que el implante se encuentre rodeado por una cápsula de tejido conectivo. Esto es excluyente con el concepto de oseointegración ya que según los estudios anteriormente comentados y de acuerdo con la definición del Glosario de Términos Prostodónticos,   no debe existir una interface de tejido conectivo entre el implante y el tejido óseo. Otro criterio de éxito en implantes es la ausencia de radiolucides peri-implante, el cual está relacionado con el punto antes comentado (1).
Los antecedentes del láser, se hallan en el desarrollo de la Mecánica Cuántica en el presente siglo. El primero fue construido en 1960, las principales características del láser son: absorción, transformación de la energía de la luz en otra forma de energía;  y dispersión, cambio en la dirección de la propagación de la luz (8).
El láser blando de baja potencia, también llamados terapéuticos, producen bioestimulación celular. Se aplican para acelerar la regeneración tisular, cicatrización de heridas, con propósitos analgésicos, antiinflamatorios, homeostáticos y activador de los mecanismos naturales de defensa, Los más usados son los de Helio-Neón (He-Ne), Arseniuro de galio (GaAs) y Arseniuro de galio y aluminio (GAAlAs).
En un estudio en animales, colocaron implantes de hidroxiapatita en la mandíbula de conejos y aplicaron láser de He-Ne (6mw, en un rango de 1cm) 10 minutos por 4 días. La mandíbula contralateral sirvió como grupo control.  Los animales fueron sacrificados a los 21 días.  Macroscópicamente, toda la hidroxiapatita estaba intacta en el momento de la resección en el grupo irradiado, en el grupo control hubo fallas en la unión al hueso. Microscópicamente, el grupo control presento un área de granulación, formación de hueso nuevo a intervalos irregulares en el tejido de granulación, con un alto grado de celularidad, consistente principalmente en fibroblastos y algunos osteoblastos.  En el grupo irradiado se formo hueso nuevo y más osteoblastos estaban presentes.  Ello sugiere que el láser blando modifica la respuesta inflamatoria a los implantes de hidroxiapatita, resultando una mejor Oseointegración (9).
Otro estudio investigo el efecto del láser GaAlAs (780 nm, 1 w, 300 J/cm2)   sobre la Oseointegración de implantes de hidroxiapatita usando análisis histomorfometrico y microdureza.  Después de 3 y 6 semanas, el grupo irradiado  comparado con el grupo control, tuvo un alto índice de afinidad y diferencias significativas en la microdureza ósea en la interface hueso hidroxiapatita (10).
Recientemente se investigó el efecto del láser blando sobre la concentración de los componentes orgánicos e inorgánicos alrededor de implantes dentales insertados en las tibias de 14 conejos. Hubo diferencias significativas entre los grupos controles y experimentales, sugiriendo que el láser blando aumento la cicatrización ósea alrededor de los implantes (11).
El láser blando es todo aquel láser de baja energía, que no produce efecto térmico, emite espectro infrarrojo cercano o del rojo, con una potencia de 1 hasta 50 mw (miliwatts). Su actividad no obedece a efecto del calor, sino a la interacción de esta radiación con la célula. La energía es absorbida allí donde hay mayor concentración de fluidos y por tanto, es bien absorbida por los tejidos inflamados y edematosos.  Realizaron en 1991 un análisis radiográfico después de la extracción para demostrar que el láser blando puede activar reparación del tejido óseo dañado (12).
El propósito del presente estudio fue investigar el efecto del láser blando de He-Ne de 2 mw en la cicatrización y unión de los implantes de titanio en el hueso.

 MATERIALES Y MÉTODOS

Se usaron en este estudio ocho conejos machos. Cada animal recibió dos implantes de titanio 5mm de diámetro X 3mm de longitud marca IMETI. Uno en  la tibia izquierda como control y otro en la tibia derecha el cual fue irradiado con el láser blando de He-Ne 2 mw luego de la cirugía y diariamente por 10 días consecutivos. La dosis aplicada fue de 0.2 julios/cm., con 2 mw,  durante 180 segundos sesión, en el lado derecho y en el lado izquierdo se aplicó el mismo tiempo pero con el láser apagado.
Los conejos usados para el análisis histológico y ultraestructural, fueron los denominados con el código 004, 006, 007 y 008. Los conejos 7 y 8 se sacrificaron a los 29 días posteriores a la cirugía y se procesaron las muestras. Cabe resaltar que el conejo numero 8 se fracturo la tibia izquierda donde no se aplico laser, no fue procesado pues presento una infección posiblemente osteomielitis donde el implante fue rodeado por tejido de granulación.
El conejo 4 y 6 se sacrificaron a los 36 días posteriores a la cirugía y se procesaron las muestras. Se cortan las patas traseras y se ubica, las tibias donde están los implantes. Se lavan con PBS y se sumergen en paraformaldehido al 4% durante 48 horas, se colocan en una nevera de icopor  y se llevan al laboratorio para ser leídas en microscopio. Las muestras fueron procesadas realizando cortes transversales con  un motortul, al cual se le acondicionan discos de diamante de 2 cms por 0.2 de mm de grosor. Se irriga profusamente con  agua en el momento del corte para evitar recalentamiento, y evaporación del tejido.
Los cortes son de 0.2 a 0.3 mm en espesor del hueso. (Figura1), que fueron procesados por diferentes técnicas para obtener la mayor información posible y realizar las lecturas con las técnicas de análisis para microscopia electrónica, con la técnica de SEM JSM-6490, espectroscopia de energía dispersiva de rayos X, microscopia de luz y en un  microscopio avanzado de fluorescencia (microscopio Olympus IX-81). Es importante anotar que este sistema cuenta con un software (Image Pro Plus de MediaCybernetics).

RESULTADOS
DESCRIPCION MACROSCOPICA

Se pudo visualizar en los cortes macroscopicos donde  se encontraba el implante de titanio, formación de tejido oseo (trabecular y medular) alrededor del implante, sin embargo en los cortes realizados de las tibias que fueron tratadas con el láser, se observa un mayor contacto del tejido oseo alrededor de todo el implante de titanio, además en los conejos 6 y 7 se observa mayor vascularización, lo cual podría estar indicando un proceso de neo formación de vasos a partir de los existentes lo cual favorece la expansión ósea y a su vez reparación ósea.

 

MICROSCOPIA ELECTRÓNICA DE BARRIDO (SEM) Y EDX

Se escogieron los mejores cortes para realizar los estudios ultra estructurales con el microscopio electrónico de barrido (SEM JSM-6490) para hacer la caracterización topográfica y morfológica de la interfase hueso implante, mediante imágenes de alta y baja resolución, además se realizo un microanálisis químico elemental semicuantitativo por medio de un detector de energía dispersiva de rayos X (EDX) en 9 puntos aleatorios de cada corte con el fin de obtener la  cantidad relativa de carbono (C),  fosforo (P), calcio (Ca) y titanio (Ti).
De las preparaciones obtenidas para la observación en SEM se obtuvieron fotografías digitalizadas de diferentes aéreas alrededor del implante donde se calculó el porcentaje de contacto para cada implante marcando las zonas de la superficie de contacto con el programa NIH-Imagen.

Análisis por microscopia de fluorescencia

En el conejo 6 se cuantifica en 20 campos tomados con el objetivo de 10X, cada uno de los puntos azules que corresponden a los núcleos de las células marcados con Hoescht. Aunque hay diferencias en el número de células entre el control y las células tratadas que pueden corresponder a fibroblastos en división es necesario realizar marcajes específicos para determinar el tipo de célula en particular.
En el conejo 7 cada uno de los cortes realizados para esta muestra fueron procesados del mismo modo que los cortes del conejo 6, sin embargo no hay una gran diferencia con respecto al número de células entre las células control y las células tratadas.               
Los detalles de microscopia de electrónica demuestran una diferencia ultra estructural, en cuanto a la topografía del tejido con respecto a las muestras irradiadas (A, B, C, D) y  las no irradiadas  (E, F) que pueden corresponder a fibroblastos sin diferenciar y de matriz extracelular como fibras de colágeno, a diferencia de las muestras irradiadas que evidencian la formación de tejido óseo compacto y de armaduras óseas mineralizadas con señales de neoformación indicando claramente que el efecto del láser He-Ne puede reducir el tiempo necesario para la oseointegración.(13) -Ver Figura 2-.
Al realizar el análisis de la espectroscopia de la energía dispersiva de rayos X llevado a cabo en el SEM, que permitió determinar la composición química de las muestras en diferentes puntos y de esta manera comparar la cantidad relativa de carbono, fosforo, calcio y titanio y descartar la contaminación con otros posibles metales.
Después de realizar el análisis de varianzas para determinar si existían diferencias en los niveles de carbono, fósforo, calcio y titanio entre las muestras irradiadas y no irradiadas para cada conejo, se encontró que no existen diferencias significativas entre las muestras irradiadas con el láser y no irradiadas en el porcentaje atómico de carbono y fosfatos, pero si se encontraron diferencias significativas en los porcentajes de calcio y titanio. (Tabla 1)
El calcio se encontró en un mayor porcentaje en las muestras que fueron sometidas al láser con un rango de variación entre (2-13%) además, aunque el titanio no debería cambiar se observo un mayor porcentaje en las muestras no tratadas esto se debió quizás a que las en aéreas donde se hizo la cuantificación en muchos conejos no tratados, no se encontró neo formación en la interfase.

 

DISCUSIÓN

El efecto del laser blando He-Ne 2 mw en la interacción ósea de un implante de titanio en tibia de conejo  se demuestra en las observaciones macroscópicas de los cortes dado que se pudo visualizar en el contacto hueso implante de titanio, una mayor formación de tejido oseo alrededor del implante, sin embargo en los cortes realizados de las tibias que fueron tratadas con el laser, se observa una mayor integración titanio, además en los conejos 6 y 7 se observa mayor vascularización, lo cual podría estar indicando un proceso de neoformación de vasos a partir de los existentes favoreciendo la formación ósea y a su vez la oseointegración, caso similar al reportado por Khadra M, Kasem N, Lynngstadaas Sp, Haanaes HR, Mustafá K. en  2004, en el articulo Estimulación de la terapia laser de baja potencia en la interacción hueso implante. (14)
Al determinar  histológicamente  la cantidad de células presentes en la interfase hueso- implante de titanio con la aplicación de  láser blando  se observa  en las imágenes de microscopia  de fluorescencia con más detalle la interfase hueso implante, evidenciando las diferencias en el número de células entre el control y las células tratadas que pueden corresponder a fibroblastos en división siendo estas células las precursoras de la oseointegración; lo que muestra un mayor porcentaje de neoformación  de hueso en las tibias de conejos irradiados con el láser. Las muestras no irradiadas  pueden corresponder a fibroblastos sin diferenciar y de matriz extracelular como fibras de colágeno, a diferencia de las muestras irradiadas que evidencian la formación de tejido óseo compacto y de armaduras óseas mineralizadas con señales de neoformación indicando que el efecto del láser He-Ne puede determinar la formación ósea en la interfase  hueso-implante y puede reducir el tiempo necesario para la oseointegración.
A diferencia de los puntos de contacto donde se observa claramente la oseointegración, por la presencia de tejido mineralizado a lo largo de una parte significativa de su perímetro externo, los detalles de microscopia electrónica demuestran una diferencia ultra estructural, en cuanto a la topografía del tejido con respecto a las muestras irradiadas (A, B, C, D) y  las no irradiadas (E, F) que pueden corresponder a fibroblastos sin diferenciar y de matriz extracelular como fibras de colágeno, a diferencia de las muestras irradiadas que evidencian la formación de tejido óseo compacto y de armaduras óseas mineralizadas con señales de neoformación y de reabsorción indicando claramente el efecto del laser resultados similares a los presentados por  K Khadra M, Kasem N, Lynngstadaas Sp, Haanaes HR, Mustafá K. (15) en 2005, en el articulo, terapia laser para aceleracion de unión inicial y subsecuente conducta de fibroblastos humanos cultivados en materiales de implantes de titanio con examen de microscopia electrónica y análisis histomorfometrico, dirigido para investigar el efecto de la terapia del laser blando sobre la unión y proliferación de fibroblastos gingivales humanos cultivados en material de implantes de titanio, concluyendo que el laser blando aumenta la unión y proliferación de fibroblastos gingivales humanos en el material de implante de titanio.
Después de realizar el análisis de varianzas para determinar si existían diferencias en los niveles de carbono, fósforo, calcio y titanio entre las muestras irradiadas y no irradiadas para cada conejo, se encontró que no existen diferencias significativas entre las muestras irradiadas con el láser y no irradiadas en el porcentaje atómico de carbono y fosfatos, pero si se encontraron diferencias significativas en los porcentajes de calcio y titanio, resultado equiparable a los expuestos por k Khadra m. 2005, en el estudio del efecto de la irradiación de láser blando de baja potencia en la interacción tejido implante  en estudios in vivo e in vitro, donde encontró que el efecto del láser blando puede acelerar el metabolismo y /0 mineralización durante la temprana cicatrización ósea. (16)
Caso similar al reportado por Khadra en 2004 con respecto al incremento de formación ósea en defectos de calota de rata usando terapia láser de baja potencia donde los resultados arrojaron que las muestras  de tejido de los animales experimentales, contienen significativamente más calcio, fósforo y proteína que en el grupo control.  (17) Similarmente los análisis histológicos, muestran angiogénesis más pronunciada y formación de tejido conectivo, y mayor avance en la formación ósea en el grupo experimental que en el control. Se concluyó que el láser blando de baja potencia puede aumentar la formación ósea en defectos de calota de rata.
La formación ósea en la interfase  hueso-implante en tibia de conejos muestra evidencia de la formación de tejido óseo compacto y de armaduras óseas mineralizadas con señales de neo formación y de reabsorción, indicando claramente el efecto del láser en los cortes analizados por microscopia de barrido. Se encontraron diferencias significativas en los porcentajes de calcio y titanio. En el calcio se encontró en un mayor porcentaje en las muestras que fueron sometidas al láser con un rango de variación entre (2-13%). El efecto positivo que tiene el láser blando de He-Ne sobre la unión funcional del implante de titanio al hueso  lo favorece como un tratamiento potencial para acelerar la cicatrización ósea sobre el implante.

AGRADECIMIENTOS

Medical Titanium Industry
(IMETI)
Al Dr. Javier Bernal Botero,
Subdirector Centro Nacional Agropecuario La Salada (SENA).
Al Dr. Edison Holguin
Ospina, Medico Veterinario e Instructor Pecuario Centro Nacional Agropecuario La Salada (SENA).

 

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

  1. Smith D, Zarb G. Criteria for success of osseointegrated endosseous implants. J Prosthet Dent 1989; 62:567-72.
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