Systematic review on effects of experimental orthodontic tooth displacement on brain activation assessed by fMRI

Sadvandi, Gelareh; Modabber, Ali; Michael, Sareh

doi:HT030939074

Systematic review on effects of experimental orthodontic tooth displacement on brain activation assessed by fMRI

Sadvandi, Gelareh^RWTH*

2025

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Gelareh Sadvandi

ImpressumAachen : RWTH Aachen University 2025

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2025

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak10

Hauptberichter/Gutachter
Michael, Sareh (Thesis advisor)^RWTH* ; Modabber, Ali (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2025-01-23

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2025-00810
URL: http://publications.rwth-aachen.de/record/1002986/files/1002986.pdf

Einrichtungen

Klinik und Lehrstuhl für Zahnerhaltung, Parodontologie und Präventive Zahnheilkunde (541000-2 ; 937510)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
brain activity (frei) ; magnetic resonance imaging (frei) ; orthodontic tooth movement (frei) ; orthodontic treatment (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 610

Kurzfassung
Die kieferorthopädische Behandlung kann bei den Patienten zu Beschwerden und Schmerzen führen, die wahrscheinlich auf die Zahnbewegungen zurückzuführen sind, welche durch die Apparaturen verursacht werden und mechanische Kräfte auf das parodontale Gewebe ausüben. Die Zahnbewegung kann vaskulären Veränderungen, Ischämie und Freisetzung von Entzündungs- und Neurogenmediatoren hervorrufen. Mittels funktioneller Magnetresonanztomographie können Änderungen in der Gehirnaktivität durch Messung von Blutflussveränderungen aufgezeichnet werden. Das Ziel dieses systematischen Reviews war es, mögliche Auswirkungen kieferorthopädischer Zahnbewegungen auf die Gehirnaktivität darzustellen. Das Verständnis dieser Aktivitätsveränderungen könnte bei der Entwicklung wirksamer Methoden zur Schmerzkontrolle helfen. Diese Systematische Übersicht folgte dem Protokoll des PRISMA-Statements und für die Durchführung dieser Arbeit wurde eine Literaturrecherche durch den Online-Datenbanken mit Berücksichtigung des PICO-Formats und vorher definierten Einschluss- und Ausschlusskriterien durchgeführt. Das anfängliche Durchsuchen der Datenbank anhand von Titel- und Abstract-Screening ergab 791 Studien. Davon waren 234 Duplikate und 547 wurden unter Berücksichtigung der Ein- und Ausschlusskriterien als irrelevant angesehen. Von den verbleibenden zehn potenziell relevanten Studien wurden zwei während der Volltext-Screening ausgeschlossen. Acht prospektive Artikel waren für weitere Analysen geeignet. Bei allen Teilnehmern in den eingeschlossenen Studien wurden kieferorthopädische Separatoren in Kurzzeitexperimenten verwendet, um eine Zahnverschiebung während der frühen Phase der kieferorthopädischen Behandlung zu induzieren. Die eingeschlossenen Studien lieferten Beweise für das komplexe Zusammenspiel zwischen kieferorthopädischer Behandlung, Schmerzwahrnehmung und Gehirnfunktion. Veränderungen in der Gehirnaktivität wurden nicht ausschließlich in spezifischen Gehirnregionen beobachtet, sondern auch in der funktionalen Konnektivität zwischen den Regionen sowie in Gehirnnetzwerken. Diese Veränderungen betrafen vorrangig Regionen, die mit der Nozizeption (Thalamus, Insula), der Emotion (Insula, Frontallappen) und kognitiven Funktionen (Frontallappen, Kleinhirn, Default-Mode-Netzwerk) assoziiert sind. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass kieferorthopädische Behandlungen über das Schmerzmatrix hinausgehen und andere Gehirnregionen einschließlich des limbischen Systems, welches für Emotionen, Gedächtnis und Verhalten verantwortlich ist, beeinflussen. Darüber hinaus kann das Verständnis der kieferorthopädisch induzierten Gehirnaktivierung bei der Entwicklung von gezielten Schmerzmanagementstrategien helfen, und die Behandlungseffektivität verbessern. Aufgrund des moderaten bis hohen Biasrisikos und der Heterogenität der eingeschlossenen Studien wird die Durchführung weiterer klinischer Studien zu diesem Thema empfohlen, um eine Metaanalyse zu ermöglichen.

Orthodontic treatment is often accompanied by discomfort and pain in patients, which are believed to be a result of orthodontic tooth displacement caused by the mechanical forces exerted by the orthodontic appliances on the periodontal tissues. Tooth movement can cause vascular changes, ischemia and release of inflammatory and neurogenic mediators. Using functional magnetic resonance imaging, changes in brain activity can be recorded by measuring blood flow changes. This systematic review aimed to assess the impact of experimental orthodontic tooth displacement on alterations in central nervous system activation. Understanding these activity changes could help in the development of effective methods of pain control. A literature search was conducted using online databases, following PRISMA guidelines and a literature search was conducted through the online databases using the PICO format and pre defined inclusion and exclusion criteria to conduct this work. The initial database search using title and abstract screening resulted in 791 studies. Of these, 234 were duplicates and 547 were deemed irrelevant considering the inclusion and exclusion criteria. Of the ten remaining potential relevant studies, two were excluded during full-text screening. Eight prospective articles were eligible for further analysis. All of the participants in the included studies employed orthodontic separators in short-term experiments to induce tooth displacement during the early stage of orthodontic treatment. The included studies provided evidence of the intricate interplay between orthodontic treatment, pain perception, and brain function.Alterations in brain activation were observed in brain regions, functional connectivity and brain networks. These changes primarily affected regions implicated in nociception (insula, thalamus), emotion (insula, frontal areas), and cognition (frontal areas, cerebellum, default mode network). The results suggest that orthodontic treatment influences beyond the pain matrix and affects other brain regions including the limbic system, which is responsible for memory emotion and behavior. Furthermore, understanding the orthodontically induced brain activation may help in the development of targeted pain management strategies and improve the treatment efficiency. Due to the moderate to serious risk of bias and the heterogeneity of the included studies, further clinical trials on this subject are recommended to enable a meta-analysis.

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