Análise comparativa da relação carga/deflexão de fios retangulares de NiTi convencionais e termoativados

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1 Análise comparativa da relação carga/deflexão de fios retangulares de NiTi convencionais e termoativados Fabio Schemann-Miguel 1, Flávio Cotrim-Ferreira 2, Alessandra Motta Streva 3, Alexander Viégas de Oliveira Aguiar Chaves 4, Andréia Cotrim-Ferreira 5 Objetivo: visando comparar a relação carga/deflexão entre fios ortodônticos de secção retangular 0,019 x 0,025, foram selecionados 5 arcos pré-contornados de níquel-titânio (NiTi) convencionais e 5 de NiTi termoativados, de quatro marcas comerciais (,, 3M e ), totalizando 40 arcos. Esses arcos foram instalados em manequins ortodônticos com ausência do elemento 11, para que o fio pudesse ser testado nesse segmento com o auxílio de uma máquina universal de ensaios acoplada a um computador. Resultados: comparados os valores médios de carga/deflexão dos fios de NiTi convencionais, observou-se que os que apresentaram a menor relação carga/deflexão foram os da 3M, seguidos pela, e. Nos termoativados, observou-se que os que apresentaram a menor relação carga/deflexão foram os da, seguidos pela 3M, e. Conclusão: analisando-se comparativamente os valores médios da relação carga/deflexão nos dois tipos de fios, observou-se que os termoativados apresentaram valores médios da relação carga/deflexão inferiores, mantendo essa tendência durante todo o ensaio. No entanto, notou-se que na deflexão de 2mm, os fios termoativados da marca e os convencionais 3M apresentaram valores médios da relação carga/deflexão muito próximos e, estatisticamente, não significativos. Palavras-chave: Ortodontia. Fios ortodônticos. Análise qualitativa. 1 Professor, curso de especialização em Ortodontia, ABO-Osasco. 2 Professor, curso de mestrado em Ortodontia, UNICID. 3 Professora, curso de especialização em Ortodontia, UNICID. 4 Mestrando em Ortodontia, UNICID. 5 Professora, curso de Ortodontia Lingual, Instituto Flávio Vellini. Como citar este artigo: Schemann-Miguel F, Cotrim-Ferreira F, Streva AM, Chaves AVOA, Ferreira AC. Comparative analysis of the load / deflection of NiTi conventional and termoativados of retangular section arches. Dental Press J Orthod May- -June; 17(3):35.e1-6. Enviado em: 08/01/ Revisado e aceito: 29/09/2011» Os autores declaram não ter interesses associativos, comerciais, de propriedade ou financeiros, que representem conflito de interesse, nos produtos e companhias descritos nesse artigo. Endereço para correspondência: Fabio Schemann Miguel Rua Marcos Fernandes, 111 Jd. da Saúde CEP: São Paulo/SP fade@terra.com.br 2012 Dental Press Journal of Orthodontics 35.e1

2 Análise comparativa da relação carga/deflexão de fios retangulares de NiTi convencionais e termoativados INTRODUÇÃO O fio ortodôntico é o principal responsável pela carga que movimenta os dentes, sendo que essa carga deve ser, portanto, leve e contínua 4. Assim, vários fatores relacionados ao fio ortodôntico devem ser considerados, como: espessura, secção transversal, composição da liga metálica que o constitui, a distância interbraquetes, o tipo de amarrilho, o tamanho dos braquetes, o atrito entre o fio e o braquete e a curvatura do arco 6, bem como a relação entre a tensão e deformação em qualquer ponto do fio, denominada módulo de elasticidade 1. Por definição, cada liga metálica ortodôntica possui um módulo de elasticidade que não varia, mesmo quando se altera a espessura ou a secção transversal do fio. As ligas com altos módulos de elasticidade são ligas mais rígidas, como o aço inoxidável e o Cr-Co (cromo-cobalto, Elgiloy); as ligas com baixos módulos de elasticidade são aquelas mais flexíveis, como o TMA (titânio-molibdênio) e o NiTi (níquel-titânio). O módulo de elasticidade mantém uma relação direta com a carga necessária para se obter as deflexões dos fios ortodônticos, é chamada de relação carga/ deflexão. Quanto maior o módulo de elasticidade de um fio, maior a sua relação carga/deflexão e maior a sua rigidez. Como não se pode manipular o módulo de elasticidade das ligas ortodônticas para proporcionar maior flexibilidade ao conjunto fio/aparelho, deve-se conhecer, primeiramente, a relação carga/ deflexão e, só então, escolher o fio mais indicado para cada fase da terapia ortodôntica. OBJETIVO Mediante uma amostra de arcos ortodônticos pré-contornados de espessura 0,019 x 0,025 de NiTi convencionais e termoativados, de marcas comerciais disponíveis no mercado brasileiro, essa pesquisa se propôs a:» Avaliar a relação carga/deflexão dos fios NiTi convencionais.» Avaliar a relação carga/deflexão dos fios NiTi termoativados.» Comparar os dois tipos de fios. MATERIAL E MÉTODOS Para essa avaliação, foi utilizada uma amostra de 40 arcos ortodônticos de NiTi pré-contornados para a arcada superior, sendo cinco convencionais e cinco termoativados, de cada uma das seguintes marcas comerciais: (Sorocaba, Brasil), sendo o NiTi convencional do lote e NiTi termoativado do lote ; (São José do Rio Preto, Brasil), NiTi convencional do lote e NiTi termoativado do lote ; (Orange, EUA), NiTi convencional do lote 5H09H e NiTi termoativado do lote 9A259A; 3M (Saint Paul, EUA), NiTi convencional do lote REV9601 e NiTi termoativado do lote B6931. Os arcos apresentavam a mesma curvatura e comprimento total de 180mm e foram pré-condicionados por 72 horas a uma temperatura de 25 C (± 2 ) e umidade relativa de 50%. Os fios foram fixados em braquetes colados em um manequim ortodôntico com dentes de resina. Haviam braquetes do elemento 15 ao elemento 25 da marca. Nos primeiros molares, de ambos os lados, foram colados tubos. Os braquetes e tubos utilizados foram os da marca, com canaleta 0,022 x 0,030. Para a fixação dos fios ortodônticos nos braquetes, foram utilizadas ligaduras elásticas incolores, também da marca (lote n ). O segmento do fio testado media 16mm e estava compreendido entre os braquetes do elemento 21 e o braquete do elemento 12. O manequim foi, então, fixado a uma máquina de testes por meio de uma base que consistia de duas placas de 10mm de espessura, que formavam um ângulo de 90 com o solo. A máquina utilizada para os testes foi a universal de ensaios Emic MUE-003 (Emic Equipamentos de Sistemas de Ensaios LTDA, São José dos Pinhais, PR). Essa máquina possui semelhança com a Instron Tests Machine, utilizada numa pesquisa com metodologia similar 3. A força aplicada pela máquina foi de 50N, por meio de uma ponteira de aço posicionada sobre o segmento do fio ortodôntico a ser testado. A velocidade de aplicação da força foi de 1mm/min, realizado de forma contínua até a obtenção de deflexões de 1 a 3mm, com registro da força a cada intervalo de 0,5mm de deflexão (1; 1,5; 2; 2,5 e 3mm), com precisão digital de centésimos de newtons (N), para cada corpo de prova (Fig. 1-3). Um programa de computador (Tesc, versão 2.0), coordenava todo o ensaio, aplicando as forças, realizando a leitura instantânea dos resultados com 2012 Dental Press Journal of Orthodontics 35.e2

3 Schemann-Miguel F, Cotrim-Ferreira F, Streva AM, Chaves AVOA, Ferreira AC Figura 1 - Xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx. Figura 2 - Xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx. Figura 3 - Xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx. precisão de centésimos de newtons e emitindo-os em forma de tabelas e gráficos da relação carga/deflexão. Os resultados obtidos foram submetidos à análise estatística para estabelecer a relação carga/deflexão dos diversos arcos ortodônticos, considerando- -se as quatro marcas comerciais e os dois tipos de diferentes ligas metálicas. Para comparar as diferenças das medidas de força, utilizou-se o teste t de Student, pois as medidas efetuadas deveriam obedecer, aproximadamente, às distribuições normais. Calcularam-se as médias e os desvios-padrão para as grandezas estudadas e, a partir desses resultados, aplicou-se o teste t de Student novamente, para verificar se as diferenças existentes entre os resultados eram estatisticamente significativas, ou não. RESULTADOS Foram elaborados gráficos e tabelas para diversos resultados de interesse. O Gráfico 1 representa a relação carga/deflexão dos fios de NiTi convencional, apresentando valores médios em newtons e deflexões em milímetros (mm). Os desvios-padrão das cargas aplicadas foram representados por barras verticais para cada dado mensurado. Observando o Gráfico 1, nota-se que os fios da marca comercial 3M apresentaram, ao longo de todo o ensaio, a menor relação carga/deflexão. Quanto aos fios das marcas, e, percebe-se que eles são os que sofrem menores deformações com os maiores valores de carga aplicada. O Gráfico 2 representa a relação carga/deflexão dos fios de NiTi termoativados, apresentando valores médios de carga em newtons e deflexão em milímetros. Os desvios-padrão estão representados por barras verticais para os valores mensurados. Mediante a observação do Gráfico 2, nota-se que, os fios de NiTi termoativados com a menor relação carga/deflexão foram os da marca comercial, mostrando valores bem inferiores aos encontrados nos demais fios estudados. Em valores médios, apresentaram até o limite de 2,5mm de deflexão, uma curva praticamente horizontal, com um platô de cargas constante. Essa é uma representação típica de ligas superelásticas. As diferenças estatísticas de comportamento mecânico durante a ativação de cada liga (p<0,05% = 95%, p<0,01% = 99%, p<0,001% = 99,9%.), apresentaram-se significativas da seguinte maneira: os fios da marca e, de 1 a 2mm de deflexão, apresentaram diferenças significativas de 5%, já de 2,5 a 3mm, não apresentaram significância. De 1 a 2mm de deflexão, para as marcas e 3M, houveram diferenças significativas de 0,1%, no entanto, no intervalo de 2,5mm, apresentaram diferença estatística de 1% e, em 3mm, não ocorreu diferença estatística. Na comparação entre as marcas e 3M, observaram- -se diferenças significativas, entre 5 e 0,1%, até a deflexão de 2,5mm, já em 3mm não apresentaram valores estatisticamente significativos. Nos fios de NiTi termoativados, de mesma espessura, secção transversal e composição química, constatou-se uma diferença de aproximadamente 32% quando comparadas às marcas e, no mesmo intervalo de 2mm de deflexão. O Gráfico 3 representa a relação carga/deflexão dos fios de NiTi convencional e NiTi termoativado, apresentando os valores médios de cargas em newtons e deflexão em milímetros. Os desvios-padrão para os valores mensurados estão representados por barras verticais Dental Press Journal of Orthodontics 35.e3

4 Análise comparativa da relação carga/deflexão de fios retangulares de NiTi convencionais e termoativados f (N) NiTi convencional d (mm) Gráfico 1 - Valores médios da relação carga/reflexão dos fios NiTi convencional. f (N) NiTi Termoativado d (mm) Gráfico 2 - Valores médios da relação carga/reflexão dos fios NiTi termoativados. f (N) Nitinol -Nitinol 35 -Nitinol -Nitinol 35 -Nitinol -Nitinol 35 -Nitinol -Nitinol d (mm) 3 4 Gráfico 3 - Valores médios da relação carga/reflexão dos fios NiTi convencional e NiTi termoativados, e desvio padrão representados por barras verticais. Observando o Gráfico 3, nota-se que os fios da liga NiTi convencional apresentaram valores da relação carga/deflexão consideravelmente maiores do que os da liga de NiTi termoativados, em todos os intervalos medidos. Percebe-se, também, que a disposição das curvas traçadas para os fios estudados permite classificá-los de acordo com a relação carga/deflexão, dos fios mais flexíveis para os mais rígidos, na seguinte ordem: fios termoativados, 3M termoativados, termoativados, termoativados, 3M convencional, convencional e e convencionais. A Tabela 1 representa a relação carga/deflexão dos fios de NiTi convencional, das diversas marcas comerciais, apresentando valores médios em newtons e deflexões em milímetros. A Tabela 2 mostra a relação carga/deflexão dos fios de NiTi termoativados, apresentando valores médios de carga em newtons e deflexão em milímetros (mm). DISCUSSÃO Há a tendência na Ortodontia contemporânea de se iniciar tratamentos com fios retangulares de ligas com os menores módulos de elasticidade e, ao longo do tratamento, variar apenas o tipo de liga utilizada sem variar a secção transversal. Dessa forma, os torques radiculares seriam controlados desde o início do tratamento, proporcionando tratamentos mais estáveis com um menor número de visitas ao consultório e menores injúrias aos tecidos peribucais. Seguindo esse raciocínio, optou-se por analisar o comportamento dos fios com os menores módulos de elasticidade encontrados: NiTi convencional e NiTi termoativado, nas dimensões transversais encontradas no mercado nacional 0,019 x 0,025. Essa escolha também se justifica pelo fato da espessura dos fios exercerem grande influência sobre sua elasticidade. Portanto, por meio desse estudo, discutiu-se a proposta de se iniciar um tratamento com fios retangulares com maiores calibres, variando apenas o módulo de elasticidade 1. Numa comparação da relação carga/deflexão de forças, durante a ativação dos fios ortodônticos de diversas marcas, e considerando três ligas distintas com secção transversal redonda de calibres 0,012, 0,014 e 0,016, foi observado que os fios de NiTi convencional apresentaram liberação de cargas leves e constantes Dental Press Journal of Orthodontics 35.e4

5 Schemann-Miguel F, Cotrim-Ferreira F, Streva AM, Chaves AVOA, Ferreira AC Tabela 1 - Valores obtidos pela aplicação do teste t de Student e respectivos níveis de significância para a comparação da relação carga/deflexão dos fios de NiTi convencional, das diversas marcas comerciais. NiTi Convencional Deflexão (mm) Marcas 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 C = Carga (N) S = Significância (0,05 = 95%. 0,01 = 90%. 0,001 = 99,9%) NS = Não significativo C 3,58 9,64 0,49-3,36-5,32 S 0,01 0,001 NS 0,01 0,001 C 9,59 49,86 30,48 24,21 14,81 S 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 C 2,46 19,62 12,49 9,71 6,22 S 0,05 0,001 0,001 0,001 0,001 C 7,17 31,42 55,72 67,81 24,41 S 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 C -2,46 7,13 18,06 18,31 17,11 S 0,05 0,001 0,001 0,001 0,001 C -15,79-28,97-25,81-14,40-11,18 S 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 Tabela 2 - Valores obtidos pela aplicação do teste t de Student e respectivos níveis de significância para a comparação da relação carga/deflexão dos fios de NiTi termoativado, das diversas marcas comerciais. NiTi Termoativado Deflexão (mm) Marcas 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 C 2,37 3,14 3,05 2,13 0,44 S 0,05 0,05 0,05 NS NS C 6,26 5,87 6,42 4,41 1,96 S 0,001 0,001 0,001 0,01 NS C 4,51 12,53 15,65 13,45 9,09 S 0,01 0,001 0,001 0,001 0,001 C 4,87 2,75 6,51 3,50 2,24 S 0,01 0,05 0,001 0,01 NS C 2,91 10,62 16,97 15,11 10,65 S 0,05 0,001 0,001 0,001 0,001 C -0,07 9,20 13,14 13,80 9,86 S NS 0,001 0,001 0,001 0,001 C = Carga (N) S = Significância (0,05 = 95%. 0,01 = 90%. 0,001 = 99,9%) NS = Não significativo Entretanto, quando se aumentou o calibre dessa liga de 0,014 para 0,016, mesmo em pequenas deflexões (1,5mm), notaram excesso na força de ativação, ultrapassando o limite de 4N. Todavia, no presente estudo, nos fios retangulares de 0,019 x 0,025, mesmo em pequenas deflexões (menores do que 1mm), os valores ultrapassavam esse limite de relação carga/deflexão, inviabilizando o uso desse fio na fase de alinhamento e nivelamento do tratamento ortodôntico. Adotando metodologia semelhante à do presente trabalho, pesquisadores analisaram nove marcas comerciais de fios de NiTi, tanto convencionais quanto termoativados, em secções transversais retangulares de 0,016 x 0,022. Concluíram que os fios termoativados apresentaram os menores valores médios da relação carga/deflexão. Os fios que se situaram em segundo lugar na escala da menor para a maior carga/deflexão foram os termoativados da marca, 2012 Dental Press Journal of Orthodontics 35.e5

6 Análise comparativa da relação carga/deflexão de fios retangulares de NiTi convencionais e termoativados seguidos pelos convencionais da mesma marca. Os fios com as maiores relações carga/deflexão foram os fios da marca 3M, tanto os fios termoativados como os convencionais. Entretanto, nessa pesquisa, os fios da apresentaram quase sempre os maiores valores da relação carga/deflexão, quando comparados aos fios da mesma liga ou de ligas diferentes. Compararam, também, o desempenho dos fios de NiTi convencional com os de NiTi termoativado, ambos com espessura de 0,016, e concluíram que o nível de forças alcançadas em 3mm de deformação era de 17 a 153g e de 17 a 100g de força, respectivamente. Os resultados indicaram que nos fios termoativados há uma menor liberação de forças que nos NiTi convencionais, corroborando os achados dessa pesquisa 2. Utilizando material e métodos semelhantes aos adotados nesse trabalho, Gurgel, Ramos e Kerr 5 avaliaram o comportamento dos fios de NiTi convencionais e termoativados de secção retangular 0,017 x 0,025 de várias marcas comerciais. Dentre as marcas,, e 3M. Concluíram que o fio NiTi termoativado da obteve a menor relação carga/ deflexão durante a ativação, conforme também observado nessa pesquisa. Uma diferença considerável, encontrada na comparação de outro trabalho de Gurgel, Ramos e Kerr 2 com os resultados do presente estudo, foi a encontrada nos fios de NiTi convencional. A presente pesquisa revelou que esses fios apresentaram as maiores cargas durante a ativação no decorrer do ensaio. No entanto, nesse outro trabalho, observaram uma das menores relações carga/deflexão entre seis marcas pesquisadas, perdendo em flexibilidade somente para os fios termoativados da. CONCLUSÕES De acordo com a metodologia empregada nesse trabalho, considerando a análise estatística dos resultados, parece lícito concluir que: 1. Comparados os valores médios de carga/deflexão dos fios de NiTi convencionais das diferentes marcas, observou-se que os que apresentaram a menor relação carga/deflexão foram os da marca comercial 3M, seguida pela, e. 2. Comparando-se os valores médios de carga/ deflexão dos fios de NiTi termoativados das diferentes marcas comerciais, observou-se que os que apresentaram a menor relação carga/deflexão foram os fios da marca comercial, seguidos pela 3M, e. 3. Analisados comparativamente os valores médios da relação carga/deflexão dos fios de NiTi convencionais e termoativados, observou-se que os fios de NiTi termoativados apresentaram valores médios da relação carga/deflexão inferiores aos obtidos nos fios de NiTi convencional, mantendo essa tendência durante todo o ensaio. No entanto, notou-se que na deflexão de 2mm, os fios termoativados da marca e os convencionais 3M apresentaram valores médios da relação carga/deflexão muito próximos e estatisticamente não significativos, indicando comportamento mecânico semelhante nessa deflexão. Referências 1. Burstone CJ Variable-modulus orthodontics.am.j.orthod 1981;80(1): Nakano H, Satoh K,Norris R,Jin T, Kamegai T,Ishikawa F,Katsura H. Mechanical properties of several nickel-titanium alloy wires in three-point bending tests.am J Orthod Dentofacial Orthop.1999 Apr;115(4): Rock WP, Orth D, Wilson HJ, Tech M, Chem C. Forces exerted by orthodontic aligning archwires. Brit J Orthod. 1988;15(4): Schwarz AM. Tissue changes incidental to orthodontic tooth movement. Int J Orthod (18): Gurgel JA, Ramos AL, Kerr SD. Fios Ortodônticos. R Dental Press Ortodon Ortop Facial Jul-Ago;6(4): Waters NE, Houston WJB, Stephens CD. An experimental investigation into the effect of dimensional change on the stiffness of double vertical incisor alignment loops. Eur J Orthod Nov;10(4): Dental Press Journal of Orthodontics 35.e6