Sigaraya maruz bırakılan ratlarda oluşturulan deneysel periodontitis modelinde sistemik olarak uygulanan antioksidanların kemik rezorpsiyonu üzerine etkilerinin değerlendirilmesi
Evaluation of the effects of systemically applied antioxidants on bone resorption in the experimental periodontitis model created in rats exposed to smoking
Yazar: FATİH MEHMET ÇİMEN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ EMİNE PİRİM GÖRGÜN
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Diş Hekimliği Fakültesi / Periodontoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Diş Hekimliği Uzmanlık, 2023
Konu: Diş Hekimliği = Dentistry
Dizin: Antioksidanlar = Antioxidants ; Askorbik asit = Ascorbic acid ; HIF-1a = HIF-1a ; Hayvan deneyleri = Animal experimentation ; Kemik rezorpsiyonu = Bone resorption ; Periodontitis = Periodontitis ; Sigara = Cigarette ; Sigara dumanı kirliliği = Tobacco smoke pollution ; Sıçanlar = Rats ; Vitamin E = Vitamin E

Özet:
Periodontitisin etyolojisinde primer faktör dental plak olarak tanımlansa da kompleks patogenezin çatısında konak cevabını değiştiren birçok risk faktörü yer almaktadır. Bu risk faktörleri içinde yer alan sigara kullanımı, 2017 yılı periodontal hastalık sınıflandırılmasında da mevcut olup periodontal hastalığın sürecini değiştirmektedir. Sigara içme ile periodontal yıkım arasındaki ilişkiyi gösteren çok sayıda çalışma bulunmaktadır. Klinik ve epidemiyolojik araştırmalar göstermiştir ki sigara içmeyenlerde daha çok sondalamada kanama görülürken, sigara içenlerde ataçman kaybı ve cep derinliğinin daha fazla olduğu gösterilmiştir. Yaş, ırk ve eğitim düzeylerinin standardizasyonunun sağlandığı klinik çalışmalarda sigara içenlerde içmeyenlere oranla periodontitis görülme olasılığının 3-4 kat daha fazla olduğu ve alveolar kemik yıkımının yılda içilen sigara sayısı ile arttığı bildirilmiştir. Bununla birlikte literatürde aktif sigara içenlerin dolaşımındaki askorbik asit, alfa-karoten, beta-karoten ve kriptoksantin gibi mikro besin konsantrasyonlarının sigara içmeyenlere göre ortalama olarak %25 daha düşük olduğu gösterilmiştir. Deneysel periodontitis oluşturmak, sigara dumanına maruz bırakmak ve alveolar kemik üzerindeki etkiyi incelemek için rat iyi bir hayvan modelidir. Şimdiye kadar literatürde ligatürle indüklenen deneysel periodontitis modeli oluşturularak birçok terapötik ajanın etkinliği irdelenmiştir ve aynı şekilde sigara dumanına maruz bırakılan sıçan modellerinde ilaç uygulaması sonrası kemik ve yumuşak doku üzerine etkilerini inceleyen çalışmalar yapılmıştır. Antioksidan mikro besinler (C vitamini, E vitamini ve β-Karoten), sigara dumanından kaynaklanan oksidatif strese karşı konak savunmasında rol oynamaktadır. Diyetle birlikte alınan antioksidan mikro besinler sigaranın olumsuz etkilerini azaltabilmektedirler. Çalışmalarda sigara içenlerde periodontal tedaviye cevabın azaldığı ve antimikrobiyal tedavinin önerildiği gözlenmiştir fakat antibiyotik direncide her zaman üzerinde düşünülmesi gereken bir noktadır. Antibiyotiklere karşı direnç, antibiyotiklerin yararlanıcı etkisini tehlikeye atan dirençli patojenlerin ortaya çıkmasıyla bildirilmiştir. Bu nedenle antibiyotik dışında da alternatif terapotik ajanlara ihtiyaç vardır. Antioksidan mikro besinler antioksidan özellikleriyle, çeşitli hastalıklarda etkili tedavi kaynağıdır ve antibiyotiklere kıyasla direnç geliştirme olasılığı düşüktür. Çalışmamızda bu konuda en çok dikkat çeken antioksidan mikro besinlere, yani C vitamini, E vitamini ve βkarotenoidlere odaklanılmıştır. Çalışmamızda sigara dumanına maruz bırakılan ve deneysel periodontitis oluşturduğumuz ratlarda, mikro besin takviyeleri kullanarak sigaranın alveolar kemik üzerine olan etkisini değerlendirmeyi amaçladık. Bu mikro besinlerin olumlu etkileri sigara içmenin kemik dokuları üzerindeki zararlı etkilerini kontrol etmek veya üstesinden gelmek ve sonuç olarak bu zararlı alışkanlıkla ilgili periodontal dokularda oluşan klinik sorunları azaltmak için kullanılabilir. Çalışmamız, yaşları ortalama 4 aylık, ağırlıkları ortalama 230-250 gr olan 56 adet erkek Wistar albino rat üzerinde gerçekleştirildi. Deney hayvanları kontrol grubu (K), sigara dumanına maruz bırakılan grup (S), deneysel periodontitis oluşturulan grup (DP), deneysel periodontitis oluşturulup sigara dumanına maruz bırakılan grup (DP+S), deneysel periodontitis oluşturulup sigara dumanına maruz bırakılan ve sistemik C vitamini 100mg/kg uygulanan grup (DP+S+Cvit), deneysel periodontitis oluşturulup sigara dumanına maruz bırakılan ve sistemik E vitamini 60mg/kg uygulanan grup (DP+S+Evit), deneysel periodontitis oluşturulup sigara dumanına maruz bırakılan ve sistemik β−Karoten 10mg/kg uygulanan grup (DP+S+ βKAR) olmak üzere 7 gruba ayrıldı ve her grup 8 deney hayvanından oluşturuldu. Hayvanlar, oral bakterilere retansiyon sağlaması ve deneysel periodontitis oluşturmak için, alt 1. molar dişlerinin etrafına 4.0 ipek süturlar subgingival konumda yerleştirdi. Deneyimizde sigara dumanı maruziyeti inhalasyon yoluyla hayvanlara uygulandı. Sigara dumanının uygulanacağı kafes, 80x60x60 cm ebatında ve karşılıklı iki tarafında havalandırma delikleri olan üstü kapalı cam bir bölmeden oluşturuldu. Kafes oluşturulduktan sonra sigara dumanı bir akvaryum motoru vasıtasıyla sıçanların bulunduğu bölmeye aktarılarak sigaraya maruziyet işlemi gerçekleştirildi. Sonuç olarak biz de bu çalışmamızda sigaraya maruz bırakılan deneysel periodontitis oluşturulmuş ratlarda, sistemik olarak uygulanan antioksidan mikro besinlerin alveolar kemik üzerine olan etkisini değerlendiren çalışmaya rastlamadık. Çalışmamızda iyileşme sürecinde sıkça kullanılan ve sigara dumanından kaynaklanan oksidatif strese karşı da konak savunmasının bir hattını temsil eden antioksidan mikro besinlerinin etkinliğini konu aldık. Bu mikro besinlerin, sigaraya maruz bırakılan deneysel periodontitis oluşturulmuş ratlarda alveolar kemik üzerine olan etkisi ve alveolar kemikteki immünohistokimyasal sitokinlerden osteoprotegerin (OPG), nükleer faktör kappa B'nin reseptör aktivatör bağlayıcısı (RANKL) ve hipoksi ile indüklenen faktör 1-alfa (HIF-1-alfa) seviyelerini değerlendirerek bilimsel birikime ve üretime katkıda bulunmayı amaçladık. Bu konuda en çok dikkat çeken antioksidan mikro besinlere, yani C vitamini, E vitamini ve β-karotenoidlere odaklandık. Çalışmamızda antioksidan mikro besinler sigaranın etkisiyle şiddeti artan periodontitisin alveolar kemik üzerindeki yıkıcı etkisini RANKL ve HIF-1α düzeylerini düşürerek periodontal inflamasyonu ve alveoler kemik kaybını azaltabileceği ve osteoblastik aktiviteyi artırabileceği sonucuna vardık. K grubunda RANKL, OPG, HIF-1α yönünden yapılan immunohistokimyasal boyamalarda önemli düzeyde immunopozitiflik belirlenmedi. S, DP+S+Cvit, DP+S+Evit ve DP+S+βKAR gruplarında RANKL immunpozitifliği hafif düzeydeyken, DP grubunda orta, DP+S grubunda ise şiddetli düzeyde olduğu görüldü. OPG immunpozitifliklerine bakıldığında grupların tamamında RANKL ekspresyonuna göre negatif bir korelasyon olduğu belirlendi. K, S ve DP+S gruplarında önemli düzeyde immunpozitifliğe rastlanmazken DP grubunda görülen hafif düzeydeki immunpozitiflik istatistiksel olarak gruplar arası bir fark oluşturmadı. DP+S+Cvit grubunda OPG ekspresyonu şiddetli düzeydeyken, DP+S+Evit ve DP+S+βKAR gruplarında orta düzeyde olduğu görüldü. HIF-1α yönünden incelendiğinde, RANKL immunpozitiflikleriyle pozitif bir korelasyon ilişkisi olduğu belirlendi. K grubunda önemli düzeyde immunpozitiflik görülmezken, S, DP+S+Cvit, DP+S+Evit ve DP+S+βKAR gruplarında hafif düzeyde immunpozitiflikler olduğu tespit edildi. Bununla birlikte bu antiokisdan mikrobesinlerin kullanımında elde ettiğimiz verilere rağmen birçok ileri çalışmaya ihtiyaç duyulmaktadır.

Abstract:
Although the primary factor in the etiology of periodontitis is defined as dental plaque, there are many risk factors that change the host response in the framework of the complex pathogenesis. Among these risk factors, smoking, which is also included in the periodontitis classification, changes the process of periodontal disease. There are many studies showing the relationship between smoking and periodontal destruction. Clinical and epidemiological studies have shown that nonsmokers have more bleeding on probing, while smokers have more attachment loss and pocket depth. In clinical studies that standardized age, race and education levels, it has been reported that the incidence of periodontitis is 3-4 times higher in smokers compared to non-smokers, and alveolar bone destruction increases with the number of cigarettes smoked per year. However, it has been shown in the literature that the concentrations of micronutrients such as ascorbic acid, α-carotene, β-carotene and cryptoxanthin in the circulation of active smokers are on average 25% lower than those of non-smokers. In clinical studies where standardization of age, race and education level was ensured, it was reported that the incidence of periodontitis was 3-4 times higher in smokers compared to non-smokers, and alveolar bone destruction increased at the rate of the number of cigarettes smoked per year. However, it has been shown in the literature that the concentrations of micronutrients such as ascorbic acid, α-carotene, β-carotene and cryptoxanthin in the circulation of active smokers are on average 25% lower than those of non-smokers. The rat is a good animal model to induce experimental periodontitis, exposure to cigarette smoke, and ix to study the effect on alveolar bone. Until now, the efficacy of many therapeutic agents has been examined by creating an experimental periodontitis model induced by ligature in the literature, and similarly, studies have been conducted to examine the effects on bone and soft tissue after drug administration in rat models exposed to cigarette smoke. In our study, we aimed to evaluate the effect of smoking on alveolar bone by using micronutrient supplements in rats exposed to cigarette smoke and with experimental periodontitis. Antioxidant micronutrients (vitamin C, vitamin E and βCarotene) play a role in host defense against oxidative stress caused by cigarette smoke. Antioxidant micronutrients taken with the diet can reduce the negative effects of smoking. In studies, it has been observed that the response to periodontal treatment is decreased in smokers and antimicrobial treatment is recommended in these patients, but antibiotic resistance is a point that should always be considered. Resistance to antibiotics has been reported with the emergence of resistant pathogens that compromise the beneficiary effect of antibiotics. Therefore, alternative therapeutic agents other than antibiotics are needed. Antioxidant micronutrients, with their antioxidant properties, are an effective treatment source for various diseases and are less likely to develop resistance compared to antibiotics. In our study, we focused on the antioxidant micronutrients, namely vitamin C, vitamin E and β-carotenoids, which attract the most attention in this regard. The positive effects of these micronutrients can be used to control or overcome the harmful effects of smoking on bone tissues and ultimately reduce clinical problems in periodontal tissues associated with this bad habit. Our study was carried out on 56 male Wistar albino rats with an average age of 4 months and an average weight of 230-250 g. Experimental animals control group (K), cigarette smoke exposure group (S), experimental periodontitis group (DP), experimental periodontitis induced group exposed to cigarette smoke (DP+S), experimental periodontitis induced cigarette smoke exposure group and systemic vitamin C. 100mg/kg administered group (DP+S+Cvit), experimental periodontitis induced exposure to cigarette smoke and systemic vitamin E 60mg/kg administered group (DP+S+Evit), experimental periodontitis induced exposure to cigarette smoke and systemic β−Carotene 10mg The /kg administered group was divided into 7 groups as (DP+S+ βKAR) and each group was composed of 8 experimental animals. To provide retention to oral bacteria and induce experimental periodontitis, 4.0 silk sutures were placed around the mandibular first molars of the animals in the subgingival position. In our experiment, cigarette smoke exposure was administered to animals by inhalation. The cage, where cigarette smoke will be applied, is formed from a covered glass pane of 80x60x60 cm with ventilation holes on both sides. After the cage was created, cigarette smoke was transferred to the compartment where the rats were housed by means of an aquarium motor, and exposure to cigarettes was carried out. In conclusion, in our study, we did not find any study evaluating the effect of systemically applied antioxidant micronutrients on alveolar bone in rats exposed to cigarettes with experimental periodontitis. Our study focuses on the current topic of antioxidant micronutrients used in the healing process, which also represents a line of defense for host protection against oxidative stress caused by cigarette smoke. We aimed to contribute to the scientific knowledge and production by evaluating the effects of these micronutrients on alveolar bone in rats with experimental periodontitis induced by exposure to cigarette smoke, as well as assessing the levels of immunohistochemical cytokines such as osteoprotegerin, receptor activator of nuclear factor kappa B, and hypoxia-inducible factor 1-alpha in alveolar bone. We focused on the antioxidant micronutrients, namely vitamin C, vitamin E, and βcarotenoids, which received the most attention in this regard. In our study, we concluded that antioxidant micronutrients can reduce periodontal inflammation and alveolar bone loss and increase osteoblastic activity by decreasing RANKL and HIF-1α levels, the destructive effect of periodontitis, the severity of which increases with the effect of smoking, on alveolar bone. No significant immunopositivity was detected in immunohistochemical staining for RANKL, OPG, and HIF-1α in group K. While RANKL immunopositivity was mild in the S, DP+S+Cvit, DP+S+Evit, and DP+S+βKAR groups, it was moderate in the DP group and severe in the DP+S group. When OPG immunopositivity was examined, it was determined that there was a negative correlation with RANKL expression in all groups. While no significant immunopositivity was found in the K, S and DP+S groups, the mild immunopositivity in the DP group did not statistically differ between the groups. While OPG expression was severe in the DP+S+Cvit group, it was moderate in the DP+S+Evit and DP+S+βKAR groups. When examined in terms of HIF-1α, it was determined that there was a positive correlation with RANKL immunopositivity. While no significant immunopositivity was observed in the K group, mild immunopositivity was detected in the S, DP+S+Cvit, DP+S+Evit and DP+S+βKAR groups. However, despite the data we have obtained on the use of these antioxidant micronutrients, many further studies are needed.