UNIVERSIDADE CIDADE DE SÃO PAULO - UNICID MESTRADO EM ORTODONTIA

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1 UNIVERSIDADE CIDADE DE SÃO PAULO - UNICID MESTRADO EM ORTODONTIA AVALIAÇÃO DO MOMENTO DE FORÇA NA FRATURA DE BRAQUETES CERÂMICOS À TORÇÃO DO ARCO RETANGULAR. PAULA MARIA DA ROSA BARATELLA São Paulo 2014

2 PAULA MARIA DA ROSA BARATELLA AVALIAÇÃO DO MOMENTO DE FORÇA NA FRATURA DE BRAQUETES CERÂMICOS À TORÇÃO DO ARCO RETANGULAR. Dissertação apresentada ao Programa de Mestrado da Universidade Cidade de São Paulo, como parte dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Ortodontia. Orientador: Prof. Dr. Paulo Eduardo Guedes Carvalho São Paulo 2014

3 BARATELLA, R. M. P. Avaliação do momento de força na fratura braquetes cerâmicos à torção do arco retangular. [Dissertação de Mestrado]. São Paulo: Universidade Cidade de São Paulo; RESUMO Os braquetes ortodônticos em material cerâmico têm sido amplamente utilizados devido a sua estética mais favorável em relação aos seus análogos metálicos. Entretanto este material apresenta maior fragilidade, o que pode interferir na rotina clínica, em razão do maior índice de ocorrência de fraturas. Este estudo teve por objetivo avaliar o momento de força no instante da fratura de braquetes cerâmicos de importantes marcas comerciais submetidos à torção do fio de aço retangular. A amostra consiste em 90 braquetes cerâmicos, sendo 40 cerâmicos policristalinos das marcas Orthometric (Iceram), American Orthodontics (20/40), RMO (SignatureIII) e TP Orthodontics (Invu), 10 deles apresentando reforço de metal na canaleta American Orthodontics (Virage) e 40 cerâmicos monocristalinos das marcas Orthometric (Iceram S), American Orthodontics (Radiance), Ormco (Ice Inspire) e Ortho Organizers (Neo Crystal Sapphire). Os braquetes foram colados em tubos acrílicos e testados por meio de um aparato desenvolvido especialmente para a pesquisa conectado à uma máquina de ensaio mecânico (Instron) tornando possível a torção do fio de aço retangular. Foram tomados os maiores valores no momento em que ocorreu a fratura de qualquer parte do braquete cerâmico e trasformados em gr.mm. Foi realizada uma análise descritiva dos dados em tabelas para a verificação do momento de força de cada braquete e para a comparação entre marcas/tipos foi aplicado o teste não-paramétrico Kruskal-Wallis. Foi constatada ausência de diferença entre braquetes policristalinos e monocristalinos quanto ao momento de força na fratura ocasionada pela torção do arco retangular e o maior momento de força registrado dos braquetes cerâmicos com canaleta metálica. Entre as marcas/tipos, o AO (Virage) obteve o maior valor absoluto para o momento. Palavras chave: Braquetes ortodônticos, Torque, Cerâmica

4 BARATELLA RMP. Ceramic brackets evaluation of torsional forces resistance from rectangular archwire. [Master Thesis]. São Paulo: Universidade Cidade de São Paulo; ABSTRACT The orthodontic ceramic brackets have been widely used because of the acceptable esthetics different from those on metal. However this material has a higher friability, which can interfere in the clinical routine due to the increased fracture risk. The aim of this study was to evaluate important ceramic brackets brands resistance submitted to torsional forces from rectangular steel archwire. 90 ceramic brackets were analyzed, 40 of them were made of polycrystalline ceramic: Orthometric (Iceram), American Orthodontics (20/40), RMO (SignatureIII) e TP Orthodontics (Invu), 40 of them were made of monocrystalline ceramic: Orthometric (Iceram S), American Orthodontics (Radiance), Ormco (Ice Inspire) e Ortho Organizers (Neo Crystal Sapphire) and the other 10 have metal reinforced slots: AO (Virage). All the brackets were bonded on an acrylic surface and tested with a special apparatus connected to a mechanical testing machine (Intron) that made the torsional archwire forces possible. The higher values were taken at the time of the bracket rupture and were converted to gr-mm. A descriptive data analysis was performed on tables to verify each bracket resistance. To compare all the groups was perfomed a non parametric test Kruskal-Wallis. There was no difference between polycrystalline and monocrystalline brackets and the most resistant was the metal reinforced slots ceramic brackets. The absolute higher value for resistance was from AO Virage. Key-Words: Orthodontic brackets, Ceramic, Torque

5 LISTA DE QUADROS Quadro 1 Relação dos braquetes, seus respectivos modelos e fabricantes Quadro 2 Relação dos braquetes, seus respectivos modelos e fabricantes... 28

6 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Máquina Instron Figura 2 - Aparato desenvolvido para a pesquisa Figura 3 - Cilindros constituídos pelos segmentos de tubo acrílico, preenchidos com resina acrílica: base para o corpo de prova Figura 4 - Padronização da colagem com o auxílio do braquete metálico Figura 5 - Fotopolimerização do braquete em posição Figura 6 - Dispositivo posicionado perpendicularmente na plataforma da máquina Instron fixado por um braço de encaixe Figura 7 - Dispositivo mecânico experimental. A- Mesa base; B- Estruturas de suporte para fixação da peça reta; C- Peça reta; D- Polia; E- Mandril; F- Placa acrílica com braquete metálico; G- Prensa tipo morsa Figura 8 - Dispositivo posicionado perpendicularmente a plataforma da Instron e corpo de prova em posição... 30

7 LISTA DE TABELAS E GRÁFICO Tabela 1 - Descrição dos valores em gr.mm de cada braquete com média, desvio padrão, mínimo e máximo Tabela 2 - Comparação dos braquetes em ordem crescente de resistência. Letras sobrescritas iguais correspondem a braquetes com comportamento estatisticamente semelhante (Método de Dunn) Tabela 3 - Descrição dos valores em gr-mm dos grupos de braquetes policristalinos, monocristalinos e canaleta metálica, com média, desvio padrão, mínimo e máximo Tabela 4 - Comparação entre os grupos policristalino, monocristalino e canaleta metálica. Letras sobrescritas iguais correspondem a grupos com comportamento estatisticamente semelhante (Método de Dunn) Gráfico 1 - Representação gráfica do desempenho dos braquetes levando em consideração ao momento de força ideal para movimentação de incisivos (linha azulada)

8 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO REVISÃO DE LITERATURA PROPOSIÇÃO MATERIAL E MÉTODOS Material Material da amostra Material complementar Aparato desenvolvido para a pesquisa Métodos Colagem dos braquetes Ensaio mecânico de Torção Obtenção de dados e análise estatística ARTIGO CIENTÍFICO REFERÊNCIAS ANEXOS... 41

9 2 1 INTRODUÇÃO Os profissionais têm vivenciando uma crescente demanda de pacientes adultos nos consultórios de Ortodontia. No entanto, de acordo com Khan e Horrocks (1991), dois são os principais fatores desmotivadores do uso de aparelhos ortodônticos por parte dos adultos: o tempo de tratamento e aparência esteticamente desfavorável dos braquetes. Com o avanço da tecnologia e da medicina o mundo presencia um grande número de pessoas mais velhas que vivem mais e com mais qualidade de vida, possuindo um nível maior de exigência no que diz respeito à sua aparência. Por essa razão foram pensadas algumas alternativas para atender essa necessidade específica desse público alvo, em princípio a confecção de braquetes metálicos menores para ficarem menos visíveis, outra alternativa utilizada para alguns casos atualmente é o alinhador ortodôntico (placas transparentes) e o aparelho lingual. Dentro desta tendência, o uso de braquetes estéticos têm crescido consideravelmente nos consultórios. Foram desenvolvidos dois tipos de braquetes estéticos até hoje além daqueles inseridos na face lingual e palatina dos dentes (braquete lingual), os plásticos de policarbonato e os cerâmicos. De acordo com Gkantidis et al (2012) os braquetes plásticos tiveram seu auge na década de 90 quando foi constatado dano ao esmalte dental no momento da remoção dos braquetes cerâmicos, no entanto algumas importantes desvantagens foram observadas e documentadas a cerca dos braquetes de policarbonato como por exemplo a grande mudança de coloração durante o uso e baixa resistência à deformação, podendo reduzir a incorporação de torque prejudicando a mecânica ortodôntica e consequentemente a movimentação dentária. Além de serem esteticamente favoráveis, os braquetes cerâmicos se adaptam perfeitamente ao meio bucal, portanto sua aceitação pelos pacientes adultos foi positiva. No entanto a natureza da cerâmica se difere muito da natureza do metal, sabe-se que a cerâmica é muito mais frágil que o metal, podendo apresentar defeitos na superfície imperceptíveis a olho nu o que pode causar o enfraquecimento da cerâmica tornando a força necessária para levar essa peça à fratura muito menor

10 3 do que em uma condição normal (sem defeitos ou arranhões), Anusavice (2005). Portanto uma das preocupações em torno desses braquetes é sua resistência à fratura. Os braquetes sofrem a ação de uma série de forças mecânicas ao longo do tratamento ortodôntico, mesmo que essas forças sigam um padrão de força ótima ideal para que ocorra a movimentação sem desconforto e comprometimento do tecido periodontal, Schwarz (1932). Os estéticos cerâmicos, ao contrário dos braquetes metálicos podem quebrar durante a colocação do fio retangular na canaleta, durante a colocação da ligadura e durante a transmissão de torque do arco no braquete, Nishio, Mendes e Elias (2009). Uma situação recorrente na rotina do ortodontista é chegar ao final do tratamento com mais de um braquete fraturado e até a fratura completa deste, devendo ser substituído. Durante o torque as aletas dos braquetes são pressionadas em sua porção gengival e oclusal em diferentes direções o que pode levar à tensão e posteriormente à fratura, atrasando o tratamento, tornando a situação desconfortável para o paciente e para o profissional. Com o objetivo de reduzir essas fraturas ao longo do tempo foram criadas algumas alternativas como o reforço das canaletas com ouro e com metal que é utilizado por algumas marcas atualmente. A preocupação com o atrito no que diz respeito aos braquetes cerâmicos é assunto recorrente na literatura, já é sabido que o atrito é aumentado em braquetes cerâmicos combinados com fios metálicos como comprova Baggio em 2007 afirmando que a mecânica de deslize é facilitada e mais eficiente nos braquetes metálicos em comparação com os cerâmicos, levando os fabricantes a pensarem em formas de reduzir o atrito, como por exemplo braquetes cerâmicos com a canaleta metálica. No entanto não são frequentes os estudos a cerca da resistência à fratura, talvez pela grande variedade de forças emitidas pelo arco ao braquete e especialmente pesquisas que avaliem a resistência às forças de torção. Portanto podem ser frequentes as dúvidas em torno dos braquetes cerâmicos com relação a sua resistência principalmente à torção do fio retangular, além de dúvidas sobre as propriedades da cerâmica, o comportamento desse material frente defeitos e ranhuras, se realmente eles estão mais sujeitos à fratura quando forças de torção são aplicadas ou se isso não seria uma consequência da grande manipulação ao longo do tratamento ou até a manipulação de forma incorreta como por exemplo

11 4 aplicação de forças excessivas. Baseando-se na importância da resistência mecânica da canaleta do braquete durante as mais variadas fases de aplicação de força ortodôntica, e buscando uma maior compreensão destes materiais cerâmicos aplicados na Ortodontia corretiva, este estudo teve por objetivo avaliar o momento de força no instante da fratura de diversas marcas de braquetes cerâmicos quando submetidos à força de torção gerada pelo arco retangular. Os dados encontrados pretendem auxiliar os profissionais na escolha do braquete mais resistente, facilitando a rotina clínica, otimizando e diminuindo o tempo de cadeira e de tratamento evitando trocas frequentes de braquetes.

12 5 2 REVISÃO DE LITERATURA Schwarz no que diz respeito à força ótima em 1932 estabeleceu um conceito de foça ideal contínua como a força que ocasiona mudanças na pressão do tecido evitando a oclusão dos capilares do ligamento periodontal pressionado. Além do que forças bem abaixo de níveis ótimos não causam reação no ligamento periodontal por outro lado, forças excessivas podem causar necrose tecidual e o movimento dentário deve ser adiado até que a reabsorção tenha eliminado o tecido necrosado. Scott em 1988 discorrendo sobre a resistência à fratura dos braquetes cerâmicos afirmou que apesar de sua grande utilidade e benefícios estéticos na Ortodontia corretiva é fundamental uma maior compreensão das limitações do material dos braquetes cerâmicos. Afirma que um arranhão superficial na cerâmica reduz drasticamente a carga necessária para que ocorra a fratura, enquanto que no metal essa redução pode ser mínima ou até nula. Sendo a resistência à fratura a principal propriedade que diferencia os metais da cerâmica, o que Scott chama de tenacidade. Entende ainda que quanto mais esse material for arranhado mais próximo ele estará de fraturar. Segundo Swartz em 1988 os braquetes cerâmicos são feitos de óxido de alumínio e se dividem em dois tipos, os policristalinos que são os mais utilizados, translúcidos podendo se misturar com a cor do dente e os monocristalinos que são mais claros, cristalinos, feitos a partir de um único cristal cerâmico. Os monocristalinos se mostram mais resistentes à força de tração enquanto que os policristalinos apresentam maior resistência à fratura. Os métodos utilizados no acabamento dos braquetes cerâmicos podem causar microfraturas, tornando-os menos resistentes. Para testar a resistência à fratura frente a torção do arco retangular de braquetes cerâmicos com diferentes superfícies e tipos de ligação em 1989, Flores et al utilizaram uma amostra de 50 braquetes, sendo 20 cerâmicos policristalinos, 20 cerâmicos monocristalinos e 10 braquetes metálicos. Dividiram o teste em 4 categorias: 1- ligadura elástica e superfície com defeitos e arranhões; 2- ligadura elástica e superfície sem defeitos e arranhões; 3- ligadura metálica e superfície com defeito e arranhões e 4- ligadura metálica com superfície livre de defeitos. A carga

13 6 foi determinada por um segmento de fio retangular fixado na canaleta dos braquetes colado numa base de disco de aço. Uma chave de força (torque) foi encaixada no arco torcendo-o até a fratura do braquete ou até que o braquete fosse deformado a ponto de ser observado a olho nu. Os discos foram fixados na base de um tipo de torno por meio de 3 braços ajustáveis e o conjunto foi levado para a plataforma da máquina Instron. Os braquetes ficaram posicionados verticalmente com a porção incisal para baixo. A velocidade calibrada na Instron foi de 10mm/min. A resistência do braquete metálico foi determinada no ponto em que a curva de carga no monitor começava a diminuir o que caracterizava uma deformação desse acessório. Os valores obtidos foram transformados em tensão dado pela fórmula: tensão = momento de flexão multiplicado pela distância do braço (chave) de torção divido pelo momento de inércia. Os autores observaram que quando arranhados, os braquetes cerâmicos monocristalinos necessitavam de uma carga significativamente menor para fraturar do que os policristalinos. Os monocristalinos apresentam uma maior resistência inicial por apresentarem uma superfície mais lisa e livre de defeitos, mas quando algumas falhas são incorporadas na superfície, sua resistência decai drasticamente, segundo os autores. Os braquetes metálicos por sua vez suportam menos carga do que os cerâmicos, apesar de não fraturarem, eles deformam podendo não exercer seu papel corretamente no tratamento ortodôntico quando cargas elevadas incidirem porque quando deformados deixam de imprimir o torque que foi aplicado no fio retangular, interferindo na movimentação dos dentes. Em 1991 com o objetivo de determinar a resistência à fratura de braquetes cerâmicos durante a torção do arco, Holt, Nanda e Duncanson desenvolveram um aparato para aplicar torque lingual na parte distal dos braquetes de incisivos centrais superiores constituído de uma base com postes de suporte para construir uma barra transversal que foi parcialmente seccionada para permitir que o segmento de fio retangular encaixasse apenas em uma direção para que ficasse bem fixo e centralizado. Uma mesa com suporte para a amostra foi também conectada a essa base. A terceira porção do aparato constituída por uma polia ativada por uma corrente foi conectada à barra transversal para fazer a torção do fio. O final da corrente presa à polia foi conectado à célula de carga da máquina Instron. Um prego foi instalado na barra transversal para determinar o quanto a barra estava rotacionando. Foram testados 180 braquetes de incisivo central superior direito com

14 7 canaleta 0,022 x 0,028, divididos em 6 grupos com 30 cada, desta amostra 30 eram monocristalinos e os restantes policristalinos dos seguintes modelos Starfire ("A"-Company); Allure III (GAC); Transcend (Unitek); Quasar (Rocky Mountain); Fascination (Dentaurum) e 20/20 (American Orthodontics). Os braquetes foram colados em superfícies de porcelana preparadas e um segmento de fio retangular de aço de foi inserido na canaleta e fixado no braquete por meio de uma ligadura elástica. A velocidade de tração da Instron utilizada neste estudo foi de 1 polegada por minuto até que o braquete fraturasse, os dados foram obtidos e montados em gráficos sendo que os maiores valores foram tomados como pontos de fratura dos braquetes cerâmicos e foram então multiplicados pelo raio da polia para obter o torque em gramas por milímetros. Os autores observaram que todos os braquetes fraturaram com força superior ao recomendado para incisivos superiores que está em torno de 2373 gm-mm e os braquetes do estudo fraturaram com uma média de 3706 a 6177 gr-mm tendo os monocristalinos apresentado maior variação dentro do grupo em comparação com os policristalinos. Os mais resistentes foram os do modelo Startfire da A Company e os menos resistentes foram os 20/20 da American Orthodontics. Porém os autores concluiram que a resistência de todos os braquetes pesquisados parece ser adequada para o uso clinico, já que todos fraturaram com valor superior ao recomendado, sendo que forças excessivas no arco devem ser evitadas. De acordo com Khan e Horrocks em 1991, os principais fatores da resistência de pacientes adultos ao uso de aparelhos ortodônticos é o tempo prolongado e aparência antiestética dos braquetes. Com o passar dos anos, os pacientes se tornaram mais exigentes, procurando não só um tratamento eficaz, mas estético também, por isso o uso de braquetes estéticos tem crescido cada vez mais no consultório do ortodontista, somado ao aumento da procura por pacientes adultos que rejeitam braquetes metálicos. Em uma revisão de literatura Ghafari (1992) aponta a fratura como um dos problemas dos braquetes cerâmicos e atribui este fato à baixa resistência do óxido de alumínio à fratura. Afirma ainda que esta quebra geralmente ocorre nas aletas dos braquetes no momento de corte do fio ou na inserção de fios mais calibrosos, especialmente fios retangulares de aço nas canaletas. Joseph sugere que os cortes

15 8 distais dos fios sejam efetuados com atenção para não haver contato do alicate de corte distal com o braquete podendo levar a fratura do mesmo, orienta ainda que ao inserir o fio na canaleta este permaneça completamente no interior sem necessidade de ser forçado contra a parede da canaleta. O autor não recomenda o uso de braquetes cerâmicos em pacientes praticantes de esportes de impacto que estejam mais sujeitos à traumas na região da face. Segundo Rhodes, 1992 as aletas são os locais mais sujeitos à fratura quando são pressionadas ou empurradas no momento da inserção do fio ou da colocação das ligaduras. Os autores selecionaram 300 braquetes cerâmicos de 5 marcas/tipos de incisivo central superior sendo 4 policristalinos e 1 monocristalino e os submeteram a forças de inclinação, concluindo que a força necessária para a fratura dos braquetes cerâmicos nos casos de inclinação mesio-distal é de 301g a 648g para os de canaleta 0,22 e de 304 a 536g para os de canaleta 0,18, não sendo encontrado nenhum padrão de força médio para a fratura em nenhum dos 2 tipos de canaleta. Todos os braquetes testados foram capazes de suportar a força ótima de inclinação sugerida que foi a de 50g a 125g sem fraturar. Destacaram também que ocorreu nos braquetes testados uma relação entre a força média de fratura e o ângulo de fratura. Com o objetivo de determinar a resistência de braquetes cerâmicos à fratura quando submetidos a ativações de segunda ordem e comparar com as cargas utilizadas na rotina clínica ortodôntica, Lindauer et al em 1994, submeteram 15 braquetes de incisivo central e incisivo lateral de 7 diferentes marcas à inclinação mesio-distal com 2 diferentes velocidades de carga. Não encontrando diferença significativa na velocidade de aplicação de carga. Os braquetes de incisivo central demonstraram maior resistência à fratura do que os de incisivo lateral, isso se deve muito provavelmente à largura aumentada dos braquetes de incisivo central se comparados com os de incisivo lateral, o que faz com que a distância entre as dobras de segunda ordem sejam maiores. Essa situação pode sugerir que braquetes mais largos sejam mais resistentes, porém clinicamente braquetes mais largos ocasionam diminuição da distância interbraquete e geram momentos maiores quando fios retos são utilizados na fase de alinhamento. Todas as cargas mensuradas clinicamente foram muito inferiores às obtidas no estudo para a fratura

16 9 dos braquetes cerâmicos, sugerindo que as ativações de segunda ordem não são as maiores causadoras de fratura. Os autores admitem que a quebra desses braquetes na rotina clínica pode ser resultado de trauma direto, ocasionando cargas muito maiores do que as reportadas no estudo, também sendo possível que defeitos na superfície dos braquetes tornem-os mais fracos e sujeitos a fratura com cargas bem menores do que as encontradas nos testes. Outro fator de maior influência na fratura de braquetes cerâmicos, segundo os autores, são as forças de torção, muito mais do que as de ativações de segunda ordem. Karamouzos, Athanasiou e Papadopoulos em 1997 afirmavam que o processo de fabricação dos braquetes cerâmicos é um fator determinante que interfere diretamente no seu desempenho clínico. A presença de ranhuras devido à ação das máquinas, às linhas de ruptura que pode ser geradas e às microtrincas, pode levar ao comprometimento da performance desses acessórios durante longos períodos de tratamento, tornando-os mais sujeito à fratura, tanto quando estão em função durante o tratamento ou no momento de remoção desses braquetes ao término do tratamento. Além de aumentar o tempo de cadeira a quebra desses braquetes pode gerar problemas para saúde do paciente com a aspiração e ingestão de fragmentos. De acordo com os autores, as dobras de segunda ordem dificilmente levam à fratura dos braquetes cerâmicos, a não ser que estes tenham sido submetidos à algum trauma prévio. Já as dobras de terceira ordem são as maiores causadoras das fraturas, apesar de na maioria das situações a resistência desses braquetes parecer ser adequada durante a torção do arco na rotina clínica, que não deve ser excessiva. Porém os autores admitem que os novos braquetes (os que estavam sendo comercializados no período em que foi desenvolvida a revisão) se mostraram mais resistentes nos experimentos realizados por outros autores, permitindo maior controle de forças adequadas durante períodos mais longos de tratamento e o risco de descoloração também diminuiu muito ao longo do tempo. De acordo com Johnson, Walker e Kula em 2005 uma das áreas onde mais ocorre a fratura de braquetes cerâmicos é na região das aletas, geralmente no momento da inserção das ligaduras elásticas para manter o arco em posição quando as forças incidem de baixo para cima nas aletas. Portanto os autores compararam a resistência das aletas à tração de sete marcas/tipos de braquetes cerâmicos (Inspire, Fascination, Mystique, InVu, Clarity, Virage e Luxi). Foram testados 10

17 10 braquetes de cada marca até que fraturassem com a carga de tração diretamente incidindo na porção disto-incisal da aleta numa velocidade de 10mm/min calibrada na máquina de ensaio mecânico Instron. O tensão ou força de fratura foi calculado dividindo a força em Newton pela área de contato entre o fio utilizado para tracionar o braquete e a aleta. Os braquetes Inspire da marca Ormco não foram incluídos nas análises estatísticas, pois suas aletas não fraturaram com o protocolo utilizado neste estudo. Os braquetes foram listados em ordem do mais resistente ao menos resistente na região disto-incisal das aletas da seguinte forma: Inspire (monocristalino); Fascination; Mystic; In Vu; Clarity; Virage and Luxi, sendo que Clarity e Virage foram estatisticamente equivalentes. Os autores concluíram que braquetes com as aletas de maior espessura e superfície mais lisa tendem a resistir mais a fratura do que braquetes cerâmicos com aletas menos espessas e superfície com rugosidades. Segundo Anusavice (2005) a respeito das propriedades mecânicas dos materiais dentários, a tenacidade à fratura corresponde a tensão máxima que o material pode suportar até que ocorra certa quantidade de deformação plástica, ou seja deformação permanente ou fratura. Os materiais frágeis podem ser resistentes e sofrerem fratura repentinamente por ocorrer pequena ou nenhuma deformação plastica para indicar um nível elevado de tensão. Pequenos defeitos como porosidade e microtrincas com diferentes tamanhos são distribuídos aleatoriamente em toda a superfície da cerâmica, causando grandes variações na resistência em relação a outros corpos aparentemente idênticos. Além disso, defeitos superficiais decorrentes da manipulação na fabricação, como o provocado por partículas de diamante com rugosidade alta, média e fina, podem enfraquecer muito uma cerâmica antes resistente, especialmente na presença de tensões de tração na área desses defeitos. A tenacidade à fratura ou a intensidade de tensão crítica é uma propriedade mecânica que descreve a resistência dos materiais frágeis à propagação catastrófica de defeitos sob uma tensão aplicada, propriedade que difere a natureza da cerâmica da do metal. Zinelis et al em 2005 realizaram uma análise comparativa da rugosidade, dureza e resistência de materiais estéticos na confecção de braquetes, submetendo aos testes amostras de policarbonato, polimetileno, polietileno e alumina policristalina. Observaram que o polietileno apresentou os valores mais elevados de

18 11 rugosidade seguido pela Alumina e os menores valores de dureza, sendo necessário melhorar muito as propriedades fundamentais desse material para que ele possa ser utilizado na fabricação de braquetes. Os polimetilenos ficaram com os melhores valores de dureza e os mais baixos de rugosidade, tendo boas propriedades para servir de matéria - prima para braquetes, porém possuem pouca transparência. A dureza e a resistência lidam com a capacidade dos acessórios de suportarem as cargas e manter a integridade de sua estrutura na presença das forças geradas pelas mecânicas de deslize e momentos de torque aplicados nos fios ortodônticos, além das forças mastigatórias. Com o propósito de demonstrar as características dos braquetes estéticos priorizando o interesse clínico, Maltagliati et al em 2006 por meio de pesquisa comercial e revisão de literatura constataram que os braquetes cerâmicos surgiram em 1986 com o objetivo de eliminar as desvantagens dos policarbonatos. A cerâmica é um material moldado e endurecido pelo calor assim como ocorre com o vidro, argila, pedras preciosas e óxidos metálicos. Possui como características alta dureza, resistência a altas temperaturas e degradabilidade química e friabilidade, apresentando propagação de falhas por imperfeições ou impurezas. Atualmente as características desses acessórios estéticos são satisfatórias, possibilitando qualquer tratamento ortodôntico. Portanto, os autores salientam que deve-se atentar para a seleção do material, forma de manipulação durante a instalação e remoção do aparelho. Sugerem a escolha dos policristalinos com canaleta metálica ou monocristalinos para tratamentos mais prolongados e com mecânica de deslize e em casos que é necessário incorporar torque sugerindo que os monocristalinos são mais resistentes e estão menos sujeitos a deformações e aparecimento de ranhuras na superfície da canaleta devido a manipulação. Determinadas dobras que geram pressão nas paredes das aletas podem aumentar a susceptibilidade à fratura. As ativações de segunda ordem não costumam causar fratura a menos que o braquete tenha sido previamente enfraquecido, entretanto dobras de terceira ordem poderiam facilmente causar fraturas. Bággio em 2007 avaliou in vitro o atrito produzido por braquetes cerâmicos policristalinos e de aço inoxidável Edgewise Standard, quando utilizados fios de aço inoxidável durante a mecânica de deslize por meio de um dispositivo que simulava a distalização de um canino e constatou que os coeficientes de atrito foram superiores

19 12 nos braquetes cerâmicos, sendo assim a mecânica de deslize facilitada e mais eficiente nos braquetes metálicos em comparação com os cerâmicos. Segundo Nishio, Mendes e Elias em 2009, os braquetes são submetidos a várias forças mecânicas durante o tratamento e os estéticos podem deformar ou quebrar durante a colocação do fio retangular na canaleta, durante a colocação da ligadura e durante a transmissão de torque do arco no braquete. Os torques aplicados nos dentes anteriores geralmente são os maiores causadores de fratura. Com o propósito de avaliar a resistência à deformação e fratura de braquetes estéticos frente à força de torção do arco ortodôntico, os autores utilizaram 10 braquetes de incisivo central superior direito divididos em 6 tipos de braquetes estéticos: 3 cerâmicos (1 cerâmico puro; 1 com reforço de aço na canaleta e 1 com reforço de ouro na canaleta) e 3 de policarbonato (1 policarbonato puro; 1 com reforço de aço na canaleta e 1 com reforço de cerâmica). Foram construídos 3 tipos diferentes de base com diferentes angulações e torques, isso devido à utilização de braquetes de prescrições diferentes da técnica straight wire e edgewise para que fosse possível a inserção do fio de forma passiva na canaleta de todos os braquetes. O aparato consistia em uma base com 2 postes de suporte de cada lado, um para sustentar o fio e o outro para torcer por meio de um outro fio conectado à célula de carga da máquina de teste Emic DL com uma força de 20 N e na velocidade de 2,54cm/min. Todos os testes foram executados em condições similares às clínicas. O fio foi torcido na direção cervical das aletas, simulando o torque lingual das raizes. Foi observado que a tensão se concentrou na base incisal do braquete e apresentava uma tendência de irradiar para as aletas incisais, tornando o braquete cerâmico mais frágil. Foi mostrado no teste mecânico que os braquetes cerâmicos fraturaram ao passo que os policarbonatos deformaram, sendo que no último grupo o fio rotacionou dentro da canaleta. Os cerâmicos demonstraram ao final maior resistência à força, sendo numa ordem decrescente os mais resistentes: os com reforço em aço; com reforço em ouro e os cerâmicos tradicionais. Constataram que o reforço nas canaletas aumentou a resistência e que o tamanho dos braquetes não influenciou e sim o reforço das canaletas. De acordo com Gkantidis et al 2012 os braquetes plásticos tiveram seu auge na década de 90 quando foram constatados danos ao esmalte dental no momento da remoção dos braquetes cerâmicos, no entanto algumas importantes

20 13 desvantagens foram observadas e documentadas a cerca dos braquetes de policarbonato. Com o objetivo de avaliar e comparar a morfologia, aparência estética e composiçãoo dos braquete plásticos e cerâmicos os autores coletaram 16 braqetes cerâmicos e 16 plásticos de incisivos centrais de 16 pacientes adultos ao final do tratamento ortodôntico de forma randomizada. Como grupo controle foram utilizados 24 braquetes novos, 12 cerâmicos e 12 plásticos. Foram utilizados microscopia micrométrica e microscópio eletrônico para a análise das superfícies das canaletas. As imagens obtidas pelo microscópio não revelaram nenhuma grande diferença na morfologia. A descoloração geralmente está localizada no fundo da canaleta nos dois tipos de braquetes e não deve ser associada com o tempo de uso, indicando que outros fatores podem ter influenciado. Diferentemente das alterações na largura da canaleta que foram influenciadas pelo tempo de tratamento apenas nos braquetes plásticos. Portanto na análise dos autores os dois tipos de braquetes apresentam características aceitáveis para uso clinico no periodo de 5 a 20 meses.

21 14 3 PROPOSIÇÃO O presente estudo propôs avaliar o momento de força capturado no instante da fratura de braquetes de cerâmica alumina quando submetidos à torção do fio de aço retangular, apresentando os seguintes objetivos: Determinar o momento de força na fratura desses braquetes, calculando a carga máxima suportada por cada grupo/marca comercial; Comparar os valores do momento de força entre as diferentes grupos/marcas comerciais de braquetes avaliados. Comparar os valores do momento de força entre grupos de braquetes cerâmicos: Policristalinos, Monocristalinos e Canaleta metálica..

22 15 4 MATERIAL E MÉTODOS Esta pesquisa não foi submetida ao Comitê de Ética em Pesquisa da Universidade Cidade de São Paulo por não envolver direta ou indiretamente qualquer material de origem biológica na composição de sua amostra, ou mesmo para a realização da metodologia aplicada. 4.1 Material Neste estudo, optou-se por dividir a abordagem do material entre amostra e material complementar, além de um dispositivo experimental desenvolvido especificamente para esta investigação Material da amostra A amostra deste estudo é constituída por 90 braquetes cerâmicos (alumina) de incisivos centrais superiores direitos, da prescrição Roth com canaleta 0,022 x 0,028. Esta amostra foi dividida em nove grupos de braquetes cerâmicos, sendo que cada grupo foi formado por dez corpos de prova (braquetes), oriundos de nove modelos distintos de braquetes cerâmicos. Três destes grupos foram constituídos por acessórios produzidos com cerâmica monocristalina, enquanto os outros seis grupos possuíam braquetes de material policristalino. Destes seis grupos policristalinos, um era composto por braquetes com reforço de metal nas canaletas (Quadro 1). Esses materiais foram comprados ou doados de fabricantes ou distribuidores no Brasil para a realização da pesquisa.

23 16 MARCA COMERCIAL MODELO MATERIAL ORIGEM 1. Orthometric Iceram Policristalino CHINA 2. Orthometric Iceram S Monocristalino CHINA 3. American Orthodontics Virage Policristalino / Canaleta Metálica USA 4. American Orthodontics 20/40 Policristalino USA 5. American Orthodontics Radiance Monocristalino USA 6. RMO Signature III Policristalino USA 7. Ormco Ice Inspire Monocristalino USA 8. TP Orthodontics Invu Ceramic Policristalino USA 9. Ortho Organizers Neo Crystal Sapphire Monocristalino USA Quadro 1 Relação dos braquetes, seus respectivos modelos e fabricantes Material complementar Para a aplicação da metodologia foram utilizados alguns materiais auxiliares descritos a seguir: 100 segmentos de tubos de acrílico na dimensão de 16 mm de comprimento por 10 mm de diâmetro; Resina acrílica auto - polimerizável, de cor rosa, marca Jet Clássico Cianocrilato (Super Bonder) Adesivo fotopolimerizável Transbond XT da marca 3M (USA) para colagem dos braquetes. 1 segmento de fio de aço retangular 0,021 x 0,025 da marca Morelli (Brasil). Broca diamantada tronco-cônica FG da marca KG Sorensen 1 braquete metálico da prescrição Roth com canaleta 0,022 x 0,028 de incisivo central superior direito da marca Orthometric Fio de amarrilho 0,30mm da marca Morelli (Brasil)

24 17 Pinça Mathieu da marca Quinelato (Brasil) Máquina de ensaio mecânico Instron, pertencente ao laboratório do departamento de Biomateriais e Biologia Oral da Faculdade de Odontologia da Universidade de São Paulo (FO-USP) (Figura 1). Figura 1 Máquina Instron Aparato desenvolvido para a pesquisa Com o objetivo de proporcionar uma força de torção sobre as paredes internas das canaletas dos braquetes da amostra, foi necessário desenvolver um dispositivo que permitisse a adaptação da força proporcionada pela máquina de ensaios mecânicos (Instron) dentro desta metodologia. Este dispositivo (Figura 2) utilizado é constituído de uma base de metal (mesa) com extensão suficiente que permita seu posicionamento e fixação à base de

25 18 trabalho (plataforma) da máquina Instron por meio de um braço de encaixe. Por meio de duas estruturas metálicas de suporte, soldadas a mesa base, uma peça reta encontra-se posicionada e rigidamente fixada, com seu longo eixo central, tendo sido constituída por uma caneta de mão, originalmente fabricada para motor de chicote por tração de corda. Sobre a ponta ativa desta peça reta foi utilizado um mandril para tira de lixa com suas pontas ativas escavadas em meia-cana, onde foi encaixado e fixado um segmento de fio de aço retangular 0,021 x 0,025 medindo 30mm, responsável pela aplicação da força de torção no interior das canaletas dos braquetes. O segmento de fio retangular foi firmemente estabilizado no mandril por meio de segmentos de amarrilho e para reforçar um cilindro confeccionado em resina acrílica envolvendo o mandril de forma bem ajustada para evitar com que o fio retangular movimente no interior do mandril. Na extremidade oposta à ponta ativa, esta peça reta possui uma polia que permite a rotação de seu longo eixo por meio de um segmento de fio conectado à máquina de tração. Também sobre a base do dispositivo encontra-se lateralmente fixado um suporte que permite a apreensão do corpo de prova em posição adequada em relação ao segmento de fio de aço retangular. Este suporte possui uma prensa tipo morsa, posicionada em sua superfície superior e paralela ao plano da mesa/base, com longo eixo perpendicular ao da peça reta, que permite um encaixe estável para cada corpo de prova. A parede lateral do suporte desta morsa é composta por uma placa acrílica, onde se encontra fixado um braquete metálico da prescrição Roth com canaleta 0,022, usado como guia para a padronização da colagem de cada braquete cerâmico na base acrílica de cada corpo de prova.

26 19 A1 A B D C E F Figura 2 - Aparato desenvolvido para a pesquisa A- Caneta de rotação; A1- Polia; B- Suporte para fixação da caneta; C- Mandril para fixação e torção do fio; D- Mesa de fixação na plataforma da máquina Instron; E- Morsa para fixação do corpo de prova e F- Placa acrílica para fixação do braquete metálico. 4.2 Métodos Os testes mecânicos aos quais os braquetes foram submetidos e os valores finais de resistência aos torques obtidos foram realizados no Laboratório do Departamento de Biomateriais e Biologia Oral da Faculdade de Odontologia da Universidade de São Paulo USP. A separação e identificação dos grupos de braquetes foram realizadas por uma segunda pessoa, que não participou da pesquisa, a qual acomodou os braquetes em compartimentos com códigos distintos e não identificáveis pelo operador. Estes códigos, só foram revelados ao pesquisador após serem montadas as tabelas com as medidas experimentais obtidas. Assim o pesquisador não teve condições de identificá-los durante o processo de colagem, nem mesmo durante a execução dos testes. Caracterizandose, dessa forma o teste duplo cego, garantindo a validade do experimento. Foram confeccionadas 90 bases de provas, obtidas a partir de tubos acrílicos cortados em cilíndros com 16 mm de diâmetro por 10 mm de altura. Esses cilindros foram preenchidos com resina acrílica auto-polimerizável rosa até a superfície dos dois lados (Figura 3).

27 20 Após serem promovidas algumas retenções com uma broca de alta rotação tronco cônica de ponta diamantada nas superfícies planas de resina nos cilindros, foram colados os braquetes que compõem a amostra sobre estas faces. Figura 3 - Cilindros constituídos pelos segmentos de tubo acrílico, preenchidos com resina acrílica: base para o corpo de prova Colagem dos braquetes Para que os braquetes ficassem com sua colagem uniformizada na posição correta de maneira que o fio de torção fosse inserido na canaleta passivamente sem exercer nenhuma pressão, o que poderia comprometer o resultado final, foi colado um braquete metálico, também da prescrição Roth e canaleta 0,022, sobre a placa acrílica que reveste a parede lateral do suporte da morsa. Este braquete foi fixado com cola de éster cianocrilato (Super Bonder), seguindo um posicionamento passivo de sua canaleta em relação ao segmento de fio retangular fixo no mandril da peça reta, que teve sua extremidade fixada a este braquete metálico por meio de uma ligadura elástica. A colagem do braquete metálico foi realizada após a mensuração

28 21 da distância do fio fixado no mandril até a base do dispositivo, grandeza esta que foi transferida para a placa acrílica, auxiliando na definição da posição para a colagem do braquete metálico (Figura 4). Figura 4 - Padronização da colagem com o auxílio do braquete metálico Os cilindros receberam então os braquetes com uma pequena porção de adesivo ortodôntico Transbond (3M). Cada conjunto de braquete/cilindro foi conduzido até a morsa, onde foi fixado de modo que possibilitasse a inserção do fio de aço retangular, fixado no mandril da peça reta, sem a inserção de qualquer tensão neste. O fio foi encaixado na canaleta do braquete cerâmico e apenas quando apresentava-se completamente em seu interior tocando as paredes da canaleta de forma passiva foi realizada a fotopolimerização, definindo a posição final de cada braquete em sua respectiva base de prova (Figura 5).

29 22 Figura 5 - Fotopolimerização do braquete em posição. 4.3 Ensaio mecânico de Torção Para a realização dos ensaios mecânicos foi mantido o braquete metálico da superfície acrílica, porém o fio cortado a 3mm do término da base acrílica que consiste o corpo de prova a fim de evitar qualquer interferência deste acessório na expressão dos resultados de resistência dos braquetes cerâmicos da amostra. Os corpos de prova, já com os braquetes devidamente posicionados e colados, além de separados em grupos com identificação cega, foram levados individualmente até o local de encaixe na morsa e o fio foi inserido na canaleta, sendo preso por uma ligadura elástica. Uma vez que foi seguida a mesma posição do corpo de prova que foi utilizada na fixação do braquete, entende-se que no reposicionamento do corpo de prova no dispositivo de teste, nenhuma tensão foi inserida inicialmente ao braquete. O aumento da força foi realizado na proporção de 0,5 N por minuto, pois é irrelevante para a pesquisa o ângulo de torção obtido no fio, mas sim a quantidade de força aplicada nas paredes da canaleta. Esta lógica de ativação da máquina de ensaio difere da utilizada por trabalhos com tração, nos quais adota-se a proporção de mm por minuto.

30 23 O dispositivo foi posicionado perpendicularmente à plataforma da Instron (Figura 6) e fixado por meio de um braço de encaixe. O suporte do fio metálico inserido na polia foi conectado à célula de carga de forma que ficasse aproximadamente numa posição de 5 horas com relação à caneta de rotação. Figura 6 - Dispositivo posicionado perpendicularmente na plataforma da máquina Instron fixado por um braço de encaixe À medida que a máquina lentamente tracionasse o sistema, o fio metálico ia sendo tensionado e rotacinando a polia fazendo com que o fio iniciasse a torção no interior da canaleta do braquete, até que ocorresse a fratura de qualquer parte do braquete. Foi anotado o maior valor da força verificada na Instron para cada braquete. Para o cálculo da força expressa nas paredes da canaleta do braquete, tomou-se os valores obtidos e após convertê-los em Gramas foram multiplicados pelo raio da polia (peça reta) responsável pela torção do fio.

31 Obtenção de dados e análise estatística Os dados foram obtidos por meio do software Blue Hill, associado à própria máquina Instron, que fez a captação dos maiores valores em Newton (N) no instante da fratura de cada braquete, seja na canaleta ou nas aletas. Esses valores foram então transformados em momento de força de acordo com a fórmula citada no tópico anterior. Com a intenção de se verificar a resistência de cada marca/tipo de braquete cerâmico, foi realizada uma análise descritiva dos dados representada em tabelas, com as medidas de mediana, média, desvio padrão, máximo e mínimo. A comparação estatística entre marcas/tipos foi realizada por meio do teste de não-paramétrico Kruskal-Wallis. O nível de significância adotado nos testes foi de 5%, de acordo com o que é empregado na Odontologia.

32 25 5 ARTIGO CIENTÍFICO 1 Avaliação do momento de força na fratura de braquetes cerâmicos à torção do fio retangular Paula Maria da Rosa Baratella a ; Paulo Eduardo Guedes Carvalho b a Aluna do programa de Mestrado em Ortodontia da Universidade Cidade de São Paulo (UNICID), São Paulo, Brasil. b Professor Doutor Associado do programa de Mestrado em Ortodontia da Universidade Cidade de São Paulo (UNICID), São Paulo, Brasil. Corresponding author: Paula Maria da Rosa Baratella Rua Emílio Mallet, 589 apto 171- Tatuapé São Paulo SP, Brasil Telefone: Fax: pmrbaratella@hotmail.com Declaration of Interests: The authors report no commercial, proprietary, financial or associative interest in the products or companies described in this article. There is no conflict of interest in connection with the manuscript. Artigo foi formatado de acordo com as normas da Revista Angle Orthodontist 1 Artigo formatado de acordo com as normas do periódico Angle Orthodontist

33 26 Resumo Introdução: Avaliar o momento da força no instante da fratura de nove tipos/marcas de braquetes cerâmicos (Alumina), policristalinos, monocristalinos e com canaleta metálica, ao torque do arco retangular por meio de um dispositivo confeccionado especialmente para a pesquisa, tornando possível a fixação do corpo de prova, a torção do fio retangular e a aferição do momento da força. Material e Métodos: 90 braquetes cerâmicos de nove modelos/marcas distintos colados em tubos com superfície em resina acrílica e testados num dispositivo experimental adaptado a uma máquina de ensaio mecânico de tração (Instron), tornando possível a torção do fio retangular e a tomada dos valores de força. O experimento foi conduzido em cada corpo de prova até o momento de ruptura da estrutura do braquete. Resultados: Os valores de fratura de todos os braquetes indicaram resultados heterogêneos, sendo que o grupo formado por braquetes com canaleta metálica (AO Virage) obteve o resultado absoluto de maior momento de força, entretanto estatisticamente semelhante a grupos formados por braquetes cerâmicos (Alumina) puros (Ormco Inspire / Orthometric IceramS / TP InVu). Os grupos compostos pelo conjunto de braquetes policristalinos e monocristalinos apresentaram resistência semelhante à torção, enquanto o grupo com braquete de canaleta metálica obteve resultado superior aos outros dois grupos. Conclusão: Este estudo verificou ausência de diferença entre braquetes policristalinos e monocristalinos quanto à resistência a fratura frente à torção do arco retangular e que os braquetes cerâmicos com canaleta metálica são os mais resistentes à fratura. KEY WORDS: Ortodontia Corretiva, Braquetes Ortodônticos, Torque, Cerâmica, Teste de Materiais Introdução Com a crescente demanda de pacientes adultos nos consultórios de Ortodontia há uma maior preocupação com a estética durante o tratamento, devido ao alto nível de exigência desse público, sendo que um dos fatores desmotivadores do tratamento ortodôntico é a aparência desfavorável dos braquetes metálicos 1. Ao longo dos anos foram desenvolvidos dois tipos principais de braquetes estéticos, além dos braquetes utilizados na técnica ortodôntica lingual: os de base

34 27 estrutural plástica, que tiveram sua utilização diminuída devido ao manchamento e baixa resistência à deformação 2, e os de material cerâmicos, que se adaptam perfeitamente ao meio bucal, porém têm sua resistência à fratura constantemente questionada. A natureza da cerâmica se diferencia da do metal, especialmente no que diz respeito à fragilidade. Pequenos defeitos na superfície da cerâmica, porosidades, microtrincas e arranhões podem diminuir drasticamente a intensidade de força necessária para levar esse material à fratura 3,4. Os braquetes cerâmicos podem ser classificados, segundo seu material, em policristalinos, que são translúcidos e se misturam com a cor do dente, e em monocristalinos, mais claros e formados a partir de um único cristal cerâmico 5. Os monocristalinos, que possuem uma superfície mais lisa, se mostram mais resistentes à força de tração 5. Porém, quando ocasionalmente defeitos são incorporados a sua estrutura, têm sua resistência reduzida, levando a resultados bem heterogêneos dentro de um mesmo grupo 6. Já os policristalinos, apesar de menos resistentes à tração, apresentam maior resistência à fratura por tensão 5,7. Um fator de grande influência na resistência desses braquetes está na força de torção, muito mais do que a ocasionada por ativações de segunda ordem, podendo aumentar consideravelmente a pressão nas paredes da canaleta, levando à fratura 8,9. Baseando-se na importância da resistência mecânica da canaleta do braquete durante todas as fases de aplicação de força ortodôntica, e buscando uma maior compreensão dos materiais cerâmicos na Ortodontia Corretiva, este estudo tem por objetivo avaliar o momento de força no instante da fratura de diversas marcas de braquetes de cerâmica alumina disponíveis no mercado brasileiro, quando submetidos à força de torção gerada pelo arco retangular. Material e Métodos Para a realização desse estudo duplo-cego foi utilizada uma amostra composta por 90 braquetes cerâmicos (alumina) de incisivo central superior direito, da prescrição Roth, com canaleta 0,022 x 0,028, divididos em nove grupos formados por braquetes provenientes de nove modelos distintos. Quatro desses grupos foram constituídos por braquetes produzidos com cerâmica monocristalina e