AVALIAÇÃO IN VITRO DA CARGA, DESCARGA E FADIGA NOS FIOS DE NÍQUEL-TITÂNIO SUPERELÁSTICO E TERMOATIVADO

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1 BRUNO FURBINO PENNA AVALIAÇÃO IN VITRO DA CARGA, DESCARGA E FADIGA NOS FIOS DE NÍQUEL-TITÂNIO SUPERELÁSTICO E TERMOATIVADO Dissertação apresentada ao Centro de Pós - Graduação / CPO São Leopoldo Mandic, para obtenção do grau de Mestre em Odontologia. Área de Concentração: Ortodontia. CAMPINAS 2007

2 BRUNO FURBINO PENNA AVALIAÇÃO IN VITRO DA CARGA, DESCARGA E FADIGA NOS FIOS DE NÍQUEL-TITÂNIO SUPERELÁSTICO E TERMOATIVADO Dissertação apresentada ao Centro de Pós - Graduação / CPO São Leopoldo Mandic, para obtenção do grau de Mestre em Odontologia. Área de Concentração: Ortodontia. Orientador: Prof. Dr. Paulo Roberto Aranha Nouer. CAMPINAS 2007

3 Ficha Catalográfica elaborada pela Biblioteca e Centro de Documentação do Centro de Pesquisas Odontológicas "São Leopoldo Mandic" P412a Penna, Bruno Furbino. Avaliação in vitro da carga, descarga e fadiga nos fios de níqueltitânio superelástico e termoativado / Bruno Furbino Penna. Campinas: [s.n.], f.: il. Orientador: Paulo Roberto Aranha Nouer. Dissertação (Mestrado) C.P.O. São Leopoldo Mandic Centro de Pós-Graduação. 1. Fios ortodônticos. 2. Níquel titânio. 3. Ortodontia. I. Nouer, Paulo Roberto Aranha. II. C.P.O. São Leopoldo Mandic Centro de Pós- Graduação. III. Título.

4 C.P.O. - CENTRO DE PESQUISAS ODONTOLÓGICAS SÃO LEOPOLDO MANDIC Folha de Aprovação A dissertação intitulada: AVALIAÇÃO IN VITRO DA CARGA, DESCARGA E FADIGA NOS FIOS DE NÍQUEL-TITÂNIO SUPERELÁSTICO E TERMOATIVADO apresentada ao Centro de Pós-Graduação, para obtenção do grau de Mestre em Odontologia, área de concentração: Ortodontia em 12/03/2007, à comissão examinadora abaixo denominada, foi aprovada após liberação pelo orientador. Prof. (a) Dr (a) Paulo Roberto Aranha Nouer Prof. (a) Dr (a) Ivana Uglik Garbui Prof. (a) Dr (a) Mayury Kuramae

5 Aos meus pais que sempre me apoiaram e incentivaram na busca dos meus sonhos e souberam ensinar-me durante a vida a traçar metas para que isto se realizasse.

6 Recebam meu Respeito e Gratidão: Em primeiro lugar a DEUS... Ao Cento de Pesquisas Odontológicas São Leopoldo Mandic, Campinas, em nome do Diretor Prof. Dr. José Luiz Cintra Junqueira e o vice Prof. Dr. Thomas Wassal. Agradecimento em especial ao meu orientador Prof. Dr. Paulo Roberto Aranha Nouer que tornou possível a realização deste sonho com sua orientação e total dedicação a seus alunos. Ao Prof. Dr. Darcy Flavio Nouer pelos conhecimentos ministrados e sua boa vontade que sempre nos atendeu. Ao Prof. Dr. João Sarmento pela sua presteza e dedicação que estava sempre presente nas suas orientações. A toda equipe de professores que nos orientou nesta caminhada, Profa Dra Ivana, Profa Dra Mayury. A Profa Dra Roberta e Tatiana responsáveis pelo laboratório de Ensaios da Faculdade, pela orientação e colaboração na execução dos testes Laboratoriais. Aos colegas de Turma... Enfim a todos que por ventura não mencionei, mas que de alguma forma contribuíram para conclusão deste Mestrado.

7 "A dificuldade é um trampolim para um grande Salto". Seicho Taniguchi

8 SUMÁRIO LISTAS DE ILUSTRAÇÕES 7 LISTAS DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS 8 RESUMO 9 1. INTRODUÇÃO REVISÃO DA LITERATURA PROPOSIÇÃO MATERIAL E MÉTODO RESULTADOS DISCUSSÃO CONCLUSÃO 60 ABSTRACT 61 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 62 ANEXOS

9 7 LISTAS DE ILUSTRAÇÕES FIGURA 1 Máquina de Teste EMIC DL FIGURA 2 - Vista superior...45 FIGURA 3 - Vista lateral A- Placa de Aço B-Tubo Braquete C- Fio NiTi...45 FIGURA 4 - Carga de 1 mm...46 FIGURA 5 - Carga de 5 mm A- Quinto Pino B- Pino de Aço C- Fio de NiTi...46 FIGURA 6 - Diagrama do Gabarito 1 mm...46 FIGURA 7 - Diagrama do Gabarito 5 mm...46 FIGURA 8 a) Termômetro de controle de temperatura do ensaio...48 FIGURA 9 - Ensaio de 5 mm. a) Parafuso 3/ FIGURA 10 - Fios em gabaritos de 1 mm em saliva artificial FIGURA 11 - Fios em gabaritos de 5 mm em saliva artificial TABELA 2 - Média dos ensaios dos fios superelásticos na fase inicial...51 TABELA 3 - Média dos ensaios dos fios superelásticos após 30 dias tensionados...52 TABELA 4 - Média dos ensaios dos fios termoativados na fase inicial TABELA 5 - Média dos ensaios dos fios termoativados no ensaio após 30 dias...54

10 8 LISTAS DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS Ai B-Ti CrCoNi mm NiTi - Aço Inoxidável - Beta-Titânio - Cromo Cobalto Níquel - Milimetros - Níquel-Titânio ºC - Graus Celsus TMA - Titânio - Molibidênio

11 9 RESUMO O objetivo deste estudo foi comparar fios de Níquel-Titânio (NiTi) Termoativados e Superelásticos entre si, em ensaios de flexão de três pontos com cargas imediatas e após 30 dias tensionados 1 e 5 mm em gabaritos inseridos em meio bucal simulado, para se verificar possíveis alterações de fadiga e se haveria diferenças estatisticamente consideráveis entre eles. Foram usadas três marcas: GAC international (Central Islip, N.Y, USA), MORELLI (Sorocaba, São Paulo, Brasil) e AMERICAN ORTHODONTICS (Sheboygan, Wisconsin, USA), nos calibres 0.016"x 0.022", 0.017" x 0.025" e 0.019" x 0.025", em ensaios de 1 mm e 5 mm em carga e descarga. Foram utilizados 540 corpos de prova retos com 40 mm de comprimento cada, que foram testados na máquina de ensaios EMIC 2000, à velocidade cruzada de 1 mm / min, com à temperatura estabilizada em 37ºC. Os resultados foram submetidos ao teste de variância ANOVA sendo considerado estatisticamente significante aquele com p<0,05. Os resultados demonstraram que todos os fios nos ensaios de 5 mm apresentaram o efeito da superelasticidade. Nos ensaios de 1 mm este efeito não se apresentou. Em todas as marcas e calibres nos ensaios de 5mm, os fios de NiTi termoativados apresentaram forças menores que os superelásticos tanto na carga quanto na descarga. A excessão foi no ensaio de 1mm, onde os fios GAC x e x na descarga de 30 dias e nos fios American Orthodontics x na carga e descarga de 30 dias, o termoativado apresentou forças maiores que o superelástico. Nos fios o fator tempo tensionado em meio bucal simulado, ocasionou diminuição na performance, particularmente, no que se refere a elasticidade e aumento da susceptibilidade à deformação permanente e modificação nas forças, em maior grau no ensaio de 5 mm e em menor no ensaio de 1 mm, indicando fadiga. Palavras-chave: Fios Ortodônticos. Ortodontia. Níquel-Titânio. Superelasticidade. Termoativado.

12 10 1. INTRODUÇÃO Na Ortodontia moderna o profissional se depara com um enorme número de materiais e marcas, sendo fundamental o conhecimento adequado destas, para que se possa passar ao paciente o melhor para a individualização do seu tratamento. Até o ano de 1930, o único fio ortodôntico disponível era feito de ouro. A partir da década de 40 foi introduzido na Ortodontia o fio de aço inoxidável (Ai) que rapidamente ganhou popularidade devido à sua dureza, alto módulo de elasticidade, boa resistência à corrosão e custo baixo. Posteriormente, outras ligas surgiram no mercado odontológico, com propriedades desejáveis, entre elas os fios trançados, níquel-titanio (NiTi), o beta titânio (B-Ti) e o cromo-cobalto KAPILA (1990). As ligas de NiTi foram desenvolvidas pelo engenheiro metalúrgico Willian Buehler dentro do programa espacial, no Laboratório Naval Americano em Silver Springs, Maryland na década de 60. Sua composição é de 52 % de níquel, 45 % de titânio e 3% de cobalto. Esta liga recebeu o nome de nitinol, pois o Ni indica o níquel, o Ti, titânio e o Nol, Naval Ordance Laboratory. As ligas de NiTi foram introduzidas na Ortodontia por ANDREASEN (1971) depois de avaliadas em testes de tração e provaram ser útil na clínica ortodôntica devido à sua excelente elasticidade quando comparada com fios de Ai. As ligas de NiTi apresentam características de superelasticidade e memória de forma que são inerentes só a elas.

13 11 Atualmente na Ortodontia, os fios de NiTi são classificados em: NiTi superelástico e NiTi termodinâmico ou termoativado. Segundo HAZEL (1984), a melhor forma de seleção dos fios ortodônticos seria por meio do conhecimento dos valores de forças exercidos por estes fios. A susceptibilidade a deformação permanente dos fios de NiTi aumentou em 15% quando o fio foi armazenado por quatro meses em meio bucal simulado em gabaritos que imprimiam tensão nestes fios de 0 a 4 mm (HARRIS, 1988). Assim, o presente trabalho buscou por meio de ensaios de flexão comparar o NiTi Termoativado e o Superelástico entre si e avaliar o comportamento destes fios à fadiga, para que o profissional tenha parâmetros de comparação de força e fadiga, na escolha e uso destes fios de NiTi na terapia ortodôntica diária.

14 12 2. REVISÃO DA LITERATURA ANDREASEN et al. (1971) indicaram o uso do fio de NiTi na Ortodontia após avaliarem em testes de tração de 1 a 3 mm e compará-los com o fio de Ai e o aço trançado (twistflex). Foram usados fios de NiTi 0.019, aço 0,012, 0,014, 0,016, 0,018, 0,020 e twistflex 0,0195 e 0,0175. Nos testes o limite elástico de cada fio ocorreu próximo a 2 mm, com exceção do fio de aço que ficou próximo de 1 mm e 0,019 NiTi que tinha um limite elástico próximo de 3 mm. As forças variaram de 200 g a 1000 g a um desvio de 1 mm e a mais de 1500 g nos outros desvios. Na ordem comparativa das propriedades elásticas para melhor duração de ativação em primeiro está o NiTi, seguido do twistflex e aço. Devido as suas propriedades de elasticidade e resistência à corrosão os autores sugerem o uso do NiTi na ortodontia. ANDREASEN et al. (1972) avaliaram a hipótese do uso de dois fios de NiTi um com TTR (Variação de Temperatura de Transição) de 16º a 27ºC e o outro de 32º a 42ºC como uma força de fechamento de espaços assim como um elástico de molar a molar. Os fundamentos desta idéia estão no fato que estes fios podem ser esticados de 7 a 8% de sua extensão se for feito abaixo da variação da temperatura de transição do fio. Foram registrados no aparelho medidor Chantillion a força em libras a cada aumento da temperatura em intervalos de 5ºC. A variação de forças para um fio esticado de 108 mm foi de aproximadamente 1,5 libras a 5 libras entre os limites de temperatura ambiente e corporal. Já que o fio pode ser encolhido 8% de sua extensão um fio de nitinol de 108 mm fixo nas pontas de tubos molares poderia fechar espaços de extração um máximo de 8 mm.

15 13 ANDREASEN et al. (1978) realizaram um estudo com o objetivo de analisar clínica e laboratorialmente os fios de NiTi e compará-los com os fios de Ai em testes de dobra, torção, energia armazenada e mola. Nos testes de dobra um pequeno comprimento de fio foi fixado uma ponta na maquina de testes de rigidez Tinius Olsen com a outra ponta colocada em uma bigorna distanciada 1 polegada. O fixador foi girado em relação à bigorna até uma dobradura de 90 graus no fio, que foi medido em incrementos de 10. O resultado é que a energia acumulada do NiTi é significantemente maior que a energia armazenada no fio de aço. A velocidade de mola do aço é aproximadamente duas vezes mais que o NiTi. Clinicamente, isto significa que, qualquer má oclusão, o fio de NiTi produzirá uma força mais baixa, mais constante e continua nos dentes que o fio de aço. O fio de NiTi pode ser aplicado em maloclusões de Classe I, II e III em ambos os casos com extração ou sem. Quanto mais o fio ortodôntico tem que ser defletido da forma para se encaixar no braquete, maior o benefício que fio de NiTi tem sobre o de Ai. LOPEZ et al. (1979) estudaram as características de curvatura do fio ortodôntico de NiTi. Foi usado no estudo o fio de NiTi e aço Ai no calibre de.018 polegadas com três amostras de cada fio e testados de três formas diferentes. Foi usado na medição dos três testes a maquina de testes Tinius Olsen. No primeiro teste foi avaliado a deformação permanente versus características de deflexão de secções retas com cargas instantâneas. No segundo teste foi avaliado em secções retas só que as cargas foram mantidas por 0, 1, 5, 20, 40 e 60 minutos a 60 e depois soltas. No terceiro teste foi considerada a deformação permanente versus as características de deflexão do NiTi e do aço inoxidável após a curvatura permanente sendo que a carga foi aplicada na direção oposta ao da curvatura inicial. O resultado mostrou que o comportamento elástico superior do NiTi conforme comparado com o

16 14 Ai foi claramente verificada no primeiro teste com as secções retas de fio, uma curvatura de 30º causou uma deformação permanente insignificante no NiTi enquanto no Ai foi de aproximadamente 10. A superioridade não é a mesma quando os fios experimentam uma manipulação mais elaborada. Quando permanentemente deformado e ativado em uma direção oposta, o NiTi passa por uma deformação permanente maior que a do aço inoxidável para ativações menores que 40º. O NiTi parece experimentar um fenômeno de relaxamento inesperado dependendo do tempo que a carga é mantida, pequena nos primeiros 60 minutos, mas que continuaram em testes de 48 horas. A elasticidade do NiTi é 2,5 vezes a do aço em cargas imediatas, mas reduzem para duas vezes quando a carga é mantida por 48 horas. Uma pesquisa mais ampla é necessária para caracterizar o grau e causa do tempo nos fios de nitinol. ANDREASEN (1980) relatou o uso do calor bucal ou corporal para ativação do fio de NiTi para que este assuma uma forma de arco ideal. Foi relatado um caso clínico de uma paciente do sexo feminino 32 anos classe I, com extração de um incisivo inferior, foi usado um fio de NiTi termoativado 0,019 para o alinhamento. Foram tiradas fotos para documentar o movimento nas fases prétratamento, após a extração do incisivo e no momento da inserção do arco de NiTi, depois nos intervalos de nove e trinta e três dias, 42 e 58 dias, 71 e 100 dias, 114 e 127 dias, 155 e 163 dias e a 163 dias o qual foi o momento final de alinhamento do dente. Em testes de laboratório o fio de NiTi termoativado 0,019 apresentou uma força similar a de um fio de aço inoxidável 0,012. Concluiu-se que o fio de NiTi termoativado 0,019 ativado pela temperatura bucal conseguiu um alinhamento de coroa dos dentes inferiores em 163 dias, necessitando de um tempo adicional e um

17 15 fio retangular para o alinhamento de raiz. A variação de temperatura de transição do fio de NiTi termoativado foi entre 31º e 45ºC. BURSTONE et al. (1980) introduziram o fio de B-Ti na Ortodontia após pesquisarem e demonstrarem que esse fio apresenta um módulo de elasticidade que é aproximadamente duas vezes maior que o do NiTi e a metade do aço inoxidável. Sua rigidez o torna ideal na aplicação onde menos força do que a produzida pelo aço é necessária, mas onde um menor módulo elástico se tornaria inadequado para desenvolver a magnitude de força desejada. Também afirmaram que a formabilidade do fio de beta-titânio (B-Ti) é similar á do Ai. Entretanto um cuidado maior deve ser tomado durante a escolha do alicate, evitando aquele que apresenta pontas vivas. Outras características desse fio é que este aceita soldagem e possui uma boa resistência à corrosão. BURSTONE (1981) desenvolveu um sistema para controlar a rigidez do fio através da variação das propriedades do material, ou seja, do seu módulo de elasticidade não mais pelo calibre. Esse sistema ficou conhecido como Módulo Ortodôntico Variável. Esta nova proposta de abordagem, que controla a magnitude da força primeiramente através do material antes de aumentar a secção transversal do fio aumentou o controle da movimentação dentária. DRAKE et al. (1982) compararam as propriedades mecânicas de três tipos de ligas de fios ortodônticos, o aço inoxidável, NiTi, titânio-molibdenio (TM) sob os aspectos de tensão, dobra e torção. Foram usados três calibres de fios, 0,016 redondo, 0,017 x 0,025 e 0,019 x 0,025 retangulares para as três ligas citadas. Os testes de tensão foram realizados no aparelho de teste Instron TT-BM, a uma distância de 50 mm e velocidade de 0,5 mm por minuto, três amostras de cada fio e medida foram usadas, dos dados de carga-desvio foram determinadas limite de

18 16 rigidez(ys) e o modulo de elasticidade (E). Também foi achada a tensão elástica máxima (razão entre YS/E). Nos testes de dobra foram avaliados com aparelho de teste Tinius Olsen, foram avaliadas três amostras de cada liga e tamanho. Cada fio foi carregado com incrementos de 5º até 90º, após isso o fio foi descarregado a zero. Dos dados momento-desvio em dobra quatro propriedades foram determinadas: limite de rigidez, módulo de elasticidade, energia armazenada a um momento de dobra fixa e efeito mola. Nos testes de torção foram avaliados no aparelho de testes Maillefer Torsiometre, foram usadas três amostras de cada liga e tamanho. O fio foi torcido até 90º e depois descarregado, dos dados de momento-desvio em torção foi determinado a energia armazenada a um momento fixo de torção e o efeito de mola em torção. Nos resultados em tensão as ligas de aço tiveram os valores mais altos de limite de rigidez e modulo de elasticidade, enquanto os fios de NiTi os menores, houve diferenças entre as medidas dos fios para cada liga, mas foram menores que as diferenças entre as ligas. Nos testes de dobra, houve diferenças significativas no limite de rigidez e modulo de elasticidade entre as ligas e medidas de fios, o aço teve as maiores medidas e o NiTi as menores, já na energia acumulada o NiTi apresentou os valores mais altos e o aço mais baixos. Nos testes de torção o aço teve os valores mais altos em taxa de mola e o níquel-titânio os mais baixos. Com base nos resultados concluíram que os fios de NiTi possuem consideravelmente mais energia acumulada que os outros fios do estudo, sendo assim produzem forças mais constantes e baixas nos dentes. BURSTONE et al. (1983) avaliaram o momento máximo de dobra de um fio ortodôntico que é a propriedade do fio que determina quanta força ele pode aplicar, ou seja, é o momento onde ocorre a deformação permanente. Foi desenvolvido um teste de dobra que permite medição direta do momento máximo de

19 17 dobra. Os dados produzidos deste teste são independentes da extensão e configuração do fio. O momento máximo de dobra, recuperação percentual e elasticidade máxima foram determinados para secções arredondadas e retangulares de Ai, NiTi, e fios B-Ti. Os dados sugerem a necessidade da definição mais específica do momento máximo e da elasticidade máxima. Três momentos de dobra máximos foram descritos: Me, My e Mult. My e Mult são os mais significativos clinicamente. Com relação à magnitude, o momento de dobra máximo em produção é maior em Ai, B-Ti e NiTi para uma dada secção cruzada. O NiTi e o beta titânio teveram uma elasticidade significativamente maior que o aço inoxidável determinado no momento de produção. O NiTi não seguiu a razão teórica entre momento de dobra extremo e o momento de dobra em produção, exibindo uma razão muito grande. O estudo relata a hipótese de que a maioria dos utensílios ortodônticos são ativados em uma variação onde ambos o comportamento plástico e elástico ocorrem, portanto o uso de forças de produção para cálculo de magnitude de força podem levar a um erro significativo em predizer as forças produzidas. GOLDBERG et al. (1983) empregaram o método de extrapolação para medir o módulo de flexão ou elasticidade de vários fios ortodônticos, como o Ai, B-Ti, NiTi, cromo-cobalto-niquel(crconi) e fios trançados de aço (Twist-flex). Um testador de molas automatizado capaz de medir simultaneamente forças, momentos e deslocamentos foi modificado para executar um teste de curvatura de cantilever nos fios ortodônticos. Os fios foram defletidos em incrementos de 0,5 a 5 mm, foram utilizadas nove amostras de cada tipo de fio nos testes de flexão ou elasticidade e sete amostras de cada fio nos testes de tensão. A técnica analítica descrita por YOSHIKAWA et al. (1981) para o cálculo de módulo de flexão pode ser usada em vários fios ortodônticos ou compostos de vários fios. Os módulos de flexão do Ai,

20 18 cromo-cobalto-níquel, NiTi e B-Ti foram respectivamente de 25,7; 28,3; 6,6 e 10,4 x 10, os valores exceto o ultimo foram estatisticamente diferentes de seus módulos de tensão. Os fios trançados (Twist-flex) variaram de 0,89 a 5,11 x 10. A diferença entre os módulos de flexão dos fios faz com que seja viável uma filosofia de Ortodontia de modulo variável, onde a rigidez do fio ortodôntico é controlada por seleção de propriedades de material ao invés de tamanho transversal. HAZEL et al. (1984) observaram que a escolha do fio ortodôntico era feita através de impressões clínicas. Uma melhor forma de seleção seria a medição dos valores de força exercidos pelo fio, tanto inicialmente na colocação quanto na sua variação com o tempo como resultado do movimento dentário e da diminuição da tensão do fio. Um equipamento foi projetado para medir esta deformação nos arcos ortodônticos configurados em uma determinada forma. Estas medidas foram feitas no aço inoxidável, Elgiloy (Rocky Mountain), Nitinol (Unitek) a 21ºC e a 37ºC. Todos os fios demonstraram esta diminuição na liberação da força a 21ºC, porém isto não ocorreu no Nitinol a 37ºC. Desta forma o Nitinol a 37ºC forneceu uma força constante e leve que mudaria ligeiramente com a movimentação dentária. As proporções da deformação variaram grandemente, o aço inoxidável produzido pela Wilcock na Austrália deformou significativamente menos que os fios de Elgiloy. O tratamento térmico realizado no fio Elgiloy verde eliminou totalmente este relaxamento e teve um efeito significativo, porém teve um efeito menor no fio Elgiloy azul. BURSTONE et al. (1985) realizaram um estudo com o objetivo de descrever as propriedades mecânicas do fio de NiTi chinês e compará-las com fios de aço inoxidável e NiTi tradicional. Foram usados fios de calibre.016 de aço, NiTi chinês e NiTi em testes de dobras do tipo de cantiliver com extensão de 5 mm de

21 19 vão livre, onde os fios foram dobrados até 80 a temperatura ambiente e carga instantânea no estudo principal. Foram consideradas também outras temperaturas (22º, 37º, 60ºC) e efeitos do tempo, um minuto, uma hora e três dias com os fios tencionados 6,5 mm. Avaliaram a elasticidade, rigidez e momento máximo (Deformação permanente) do fio. Os resultados no estudo principal mostraram que o fio NiTi chinês em grandes ativações tem uma rigidez de apenas 7% em comparação ao fio de aço e em pequenos desvios 28%, o que significa que o NiTi chinês é mais rígido em pequenos deslocamentos. Para uma mesma ativação a grandes desvios as forças produzidas pelo NiTi chinês são 36% do NiTi tradicional, apresentando uma elasticidade muito superior aos outros fios do estudo, mostrou elasticidade 1,6 vezes a mais que um fio de NiTi tradicional e 4,4 vezes mais que um fio de aço inoxidável sem sofrer deformação permanente visível. Em relação a temperatura o fio de Ai não demonstrou variação, já o fio de NiTi chinês apresentou pequenas alterações. O tempo que os fios ficaram tencionados causaram pequenas alterações no NiTi chinês e deformações consideráveis nos fios de aço e NiTi tradicional. O fio de NiTi chinês é altamente apropriado em tratamentos, quando baixa rigidez e grandes desvios são necessários ao fio. ANDREASEN et al. (1985) objetivaram medir e descrever as propriedades físicas de uma liga de NiTi termodinâmica(a-139) redondo 0,017, a intervalos de temperatura entre a temperatura ambiente e a corporal. Nos ensaios, a liga foi submetida a temperaturas de 75º F a 100º F em incrementos de 5º F, sendo usada para os ensaios seis amostras de fios, sobre as quais foram feitas 35 leituras em cada fio na máquina Tinius Olsen. Os fios foram dobrados de 0º a 90º onde a carga foi medida pelo operador a cada 5º. As propriedades de rigidez, flexibilidade e deformação permanente foram medidas e ficou comprovado que o melhor

22 20 desempenho do fio acontece com o aumento da temperatura; que a variação de temperatura de transição do fio ocorre à temperatura corporal. ASGHARNIA et al. (1986) avaliaram fios de Ni, CrCoNi (E ngiloy), NiTi e B-Ti redondos com diâmetros 0,010, 0,014, 0,016, 0,018, 0,020 e 0,040 e retangulares 0,017 x 0,025, 0,018 x 0,025 e 0,019 x 0,025 em testes de dobra do tipo cantilever e tensão onde foram obtidos nos dois testes o módulo de elasticidade (E) e força aplicada (YS) para fios originais e tratados termicamente à 900 F. Os valores do módulo de elasticidade e força aplicada foram invariavelmente maiores nos testes de dobra que os valores correspondentes nos testes de tensão nos fios de aço e elgiloy originais. O único fio que se mostrou coincidente no módulo de elasticidade em dobra e tensão foi o aço calibre 0,040. Também foram detectados valores altos no módulo de elasticidade nos testes de dobra para a maioria dos grupos de Ai e elgiloy tratados termicamente. Em geral, os valores de força aplicada foram significantemente maiores em testes de dobra que de tensão. Estas diferenças ocorreram em virtude da deformação permanente em tensão ocorrer de forma uniforme na secção do fio em teste, mas só inicia na parte livre do fio no teste de dobra. MIURA et al. (1986) estudaram as propriedades mecânicas dos fios NiTi japonês, produzido pela Companhia Elétrica Furukawa Ltda, comparando-as com fios de aço Co-Cr-Ni, Fios de Ai e os fios de NiTi (Unitek), através de testes de tração e dobra. Avaliaram também, a influencia do tratamento térmico especial nestes fios. Utilizaram para o teste de tração o método de três pontos, o qual simula a pressão na cavidade bucal. Pelo teste de tração, o NiTi Japonês apresentou propriedades superelásticas, indicada graficamente pela deformação linear na mesma quantidade de tensão. De modo diferente, os fios: Co-Cr-Ni, aço inoxidável e

23 21 NiTi mostraram um relacionamento entre tensão e deformação proporcionais. Através do teste de tração em três pontos, o fio NiTi produziu força mais leves e menor quantidade de deformação permanente em comparação com fios de Ai e de Co-Cr-Ni. Entretanto, a carga e a deflexão eram proporcionais no fio de nitinol, o que demonstra a ausência da propriedade de superelasticidade no mesmo. Em contra partida, o fio NiTi japonês possuía quase a mesma carga até mesmo quando a deflexão diminuía, o que os autores denominam de superelasticidade. Esta propriedade proporciona uma movimentação dentária fisiologicamente compatível, pois este fio produz forças continuas por um longo período durante a desativação (curva de descarregamento) do fio. O relacionamento entre temperatura e tempo de tratamento térmico do fio NiTi japonês foi estudado. Quando a aplicação de calor era aumentada para 500ºC, o nível de força reduzia. Desse modo, pelo controle de temperatura e do tempo de tratamento térmico seria possível variar as intensidades de forças em fios de mesmo diâmetro. Ainda seria possível modificar a quantidade de forças num determinado segmento do fio, o que eliminaria a necessidade de confeccionar alças no mesmo. Os fios NiTi Japonês apresentam-se em vários diâmetros e são fabricados com diferentes intensidades de forças: leve, médio e pesado, podendo ser usado clinicamente em vários casos. BUCKTHAL et al. (1988) avaliaram os efeitos dos desinfectantes químicos nas propriedades mecânicas e na superfície dos fios de NiTi de 0,017 x 0,025 polegadas. Após serem expostos a três tipos de desinfectantes aprovados pela ADA em concentrações antimicrobinas máximas, os fios de NiTi (Unitek) e Titanal (lancer Pacif) foram submetidos a testes de dobra e tensão e avaliados por espectroscopia a laser, em busca de alterações na superfície e no polimento. Nenhuma alteração foi detectada embora o NiTi tenha se mostrado mais resistente que o Titanal. Por outro

24 22 lado o Titanal exibiu cinco vezes mais polimento que o NiTi após a submersão nos desinfectantes. LEE et al. (1988) demonstraram que o uso combinado da Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) e dos testes mecânicos são mais adequados para investigar as propriedades termomecânicas das ligas de NiTi. Dois fios de nitinol com memória de forma foram avaliados: 54 NiTi e 53 NiTiCO da Unitek Corp no calibre.018. Foi observado que o comportamento térmico e mecânico destes materiais está associado à temperatura de transformação martensítica. Esta temperatura transicional depende da composição química, do método de fabricação e do tratamento térmico da liga. Os autores concluíram que a técnica de DSC fornece uma temperatura de transformação precisa e a quantidade de energia necessária para a transformação de fase; a temperatura de fase; a temperatura de transformação do 54 Niti e 53 NiTiCO são próximas à temperatura ambiente; a adição de Co diminui a temperatura austenítica inicial, aumenta o modulo de elasticidade e resulta em uma menor energia de transformação; quando o fio é dobrado abaixo da temperatura transicional e esta dobra excede o limite elástico do metal, uma considerável quantidade de energia é armazenada no local da dobra; o pico da reação endotérmica do NiTiCO quando dobrado é menor que o do NiTi. HARRIS et al. (1988) estudaram a influência do meio bucal sobre as propriedades de limite de escoamento, resistência a tração e modulo de elasticidade de fios de NiTi. Foi usado o fio de NiTi.016 armazenado em meio bucal simulado à 37ºC, durante um a quatro meses com tensões de 0, 1, 2 e 4 mm e variando-se o ph da saliva artificial (três, cinco e sete). Nenhum fator isolado, como a diferença na acidez do meio (ph 3, 5 e 7) e a quantidade de deflexão (0-4 mm em 10 mm de distancia inter-braquetes) mostravam-se significantemente responsáveis pelas

25 23 alterações nas propriedades mecânicas; exceto o fator tempo em meio bucal simulado, o qual resultou em diminuição significativa no limite de escoamento. Em quatro meses de armazenamento, esta medida de susceptibilidade de deformação permanente aumentou em 15%. Estes resultados sugerem clinicamente que o ortodontista que pretende prolongar o uso do fio de NiTi ou reutilizá-lo pode depararse com uma diminuição na sua performance, particularmente, no que se refere a elasticidade e aumento da susceptibilidade à deformação permanente. KAPILA et al. (1989) em revisão da literatura, destacaram as propriedades mecânicas e as aplicações clínicas dos fios ortodônticos e descreveram as características de diferentes materiais. O fio de aço inoxidável apresenta excelente formabilidade, biocompatibilidade, rigidez, resiliência e baixo custo. O fio de Co-Cr pode ser manipulado em um estado mole e quando submetido ao tratamento térmico resulta em um fio com propriedades similares as do aço inoxidável. O fio de NiTi tem uma boa flexibilidade e baixa rigidez, porém não pode ser soldado e é pobre em formabilidade. O fio beta-titânio promove uma combinação de adequada flexibilidade, uma rigidez intermediaria, boa formabilidade e permite ser soldado a auxiliar. O fio multitrançado apresenta uma maior flexibilidade e uma menor rigidez quando com parado ao fio de aço. Sugeriram que selecionando adequadamente o fio para uma dada situação clínica o ortodontista pode otimizar o uso do material escolhido. QUINTÃO et al. (1989) levantaram as propriedades mecânicas de diversos tipos de fios utilizados em Ortodontia e a partir destas propriedades estabeleceram e padronizaram um critério para seleção dos fios que melhor se apliquem no nivelamento e alinhamento dentário. Foram utilizados 110 fios ortodônticos divididos em vinte e um tipos com variação na composição, secção

26 24 transversal, forma, têmpera e origem de fabricação. Os fios foram submetidos a ensaio de tração na maquina de testes Instron. Com estes ensaios foi definido o limite elástico, resiliência no limite elástico e módulo de elasticidade, onde houve uma grande variação nos resultados dos fios. Os fios de NiTi se mostraram excelentes em termos de propriedades mecânicas, que seriam necessárias para os procedimentos de nivelamento e alinhamento, os fios de aço se mostraram pobres em relação aos de NiTi neste quesito. A partir do levantamento de tais propriedades, concluíram que a analise da resiliência relacionada à padronização da carga utilizada, associada à analise do módulo de elasticidade, mostrou-se um excelente critério para a avaliação das qualificações e utilidade de determinado material. HUDGINS et al. (1990) estudaram as deformações permanentes a longo prazo de diferentes fios de NiTi em simulação clínica. Foram usados nove marcas diferentes de fio de NiTi no calibre 0,016 e um fio de TMA e outro de Aço Inoxidável do mesmo calibre. Os fios foram colocados em uma boca artificial feita para o estudo, onde apresentava o incisivo lateral desalinhado 5 mm em relação ao central e o canino. Era medido microscopicamente a distância da face lingual do fio a vestibular do braquete no lateral e depois o amarrava o fio ao dente desalinhado e mantinha por um, 14 e 28 dias e refazia-se a medida posteriormente e comparava-se com a inicial. Os fios foram mantidos em banho-maria à temperatura de 37ºC durante o experimento. Os valores de deformação foram medidos em milímetros, as medias de desvio para um dia foi de 0 a 1,25 mm, para 14 dias 0,03 a 1,29 mm e para 28 dias foi de 0,06 a 1,32 mm sendo que os maiores desvios foram nos fios de aço, seguido do de TMA, os fios de NiTi mais recentes apresentaram deformações medias de 0,06 a 0,25 mm. Embora não estatisticamente significante os fios

27 25 mostraram um aumento de deformação com o tempo. Os fios de Niti de uma perspectiva clínica não apresentaram diferenças relevantes. MIURA et al. (1990) relataram que o fio de NiTi superelástico retangular Neo Sentalloy da GAC (Central Islip, NY, USA) pode ser usado com força extremamente leve na fase inicial do tratamento, o que significa um controle tridimensional dos dentes (incluindo controle de raiz), ocorrendo um nivelamento horizontal e vertical dos dentes. Isto foi comprovado através de testes de três pontos em fios.018" x.025" Neo Sentalloy F100, F200 e F300 a temperatura controlada de 37ºC, que mostraram forças extremamente leves e contínuas independente do desvio. Os gráficos demonstraram que forças superelásticas podem ser aplicadas a um nível baixo independente do tamanho do fio. O BRIAN et al. (1990) avaliaram as propriedades físicas do NiTi clássico (Unitek Coorporation) e o superelástico Titanol (Forestadent), no calibre.016 e submeteram esses fios a testes laboratoriais de dobra do tipo cantilever e clínicos em quarenta pacientes. O objetivo da pesquisa foi de avaliar os dois tipos de níqueltitânio: o superelástico e o clássico em termos de quantidade de movimento dentário alcançado. Os resultados demonstraram que nenhuma diferença significativa ocorreu entre os dois grupos testados, não concordando com a afirmação de que o uso dos fios superelásticos, tal qual o Titanal, resulta em um movimento dentário mais efetivo do que quando utilizado os fios convencionais, como por exemplo o NiTi. JONES et al. (1990) compararam os fios de NiTi superelásticos e multitrançados de aço em testes clínicos em pacientes com o objetivo de avaliar qual seria melhor para o alinhamento inicial dos dentes. A amostra contou com 43 pacientes em fase inicial de alinhamento dentário e foi usado o fio de NiTi 0,014" e

28 26 0,015" Twistflex e deixados por um período médio de cinco semanas, foram feitos moldes pré e pós este período para se medir a discrepância entre os dentes. Não houve diferença significativa entre a primeira medição e a segunda tanto no grupo que estava com os fios de NiTi ou grupo do Twistflex. Evidências clínicas sugerem que os fios de NiTi são mais efetivos no alinhamento inicial do dente por causa de suas qualidades elásticas superiores, mas isto não pode ser comprovado neste estudo, pelo menos no período estudado. KHIER et al. (1991) compararam as propriedades de dobra de varias marcas de fios ortodônticos de níquel-titânio superelástico e não superelástico na variação de tamanho de interesse clínico principal e investigaram os efeitos de tratamentos térmicos nos pontos de curvatura e no comportamento superelástico. Foram utilizadas seis marcas comerciais, três superelásticas (Unitek, GAC, Ormco) e três não superélasticas (Unitek, Lancer Orthodonthics, Rocky Mountain) nos calibres 0,016, 0,018, 0,018 x 0,025, 0,021 x 0,025. Os fios foram dobrados em um ensaio de cantilever com um vão livre de 6 mm de fio, a uma temperatura ambiente de 22ºC e defletidos a 80º. Os pontos de deformação de curvatura para as três marcas de fios superelásticos eram similares, porém diferenciavam substancialmente das três marcas não superelásticas que também tiveram resultados similares. No momento de curvatura máxima os fios superélasticos apresentaram forças de 1200 a 2000 g - mm e deformação permanentes de 10º a 15º, enquanto os fios não superélasticos de 2000 a 3800 g - mm de força e deformação permanente de 20º a 40º. Uma região superélastica de momento de curvatura quase constante foi observada para desativação dos fios redondos, porém menos evidente nos retangulares testados. Em relação ao tratamento térmico de 500 e 600ºC, causou apenas pequenas alterações nos pontos de curvatura para fios não

29 27 superelásticos já os fios superelásticos apresentaram uma alteração considerável na elasticidade principalmente a 600ºC há 10 minutos houve uma perda completa do comportamento superelástico. As diferenças nas propriedades de curvatura e reações de tratamento térmico são atribuídas às proporções relativas das formas austeniticas e martensiticas de combinação de NiTi nas microestruturas do fio. KAPILA et al. (1991) determinaram os efeitos mecânicos, químicos e térmicos cumulativos do ambiente bucal e aqueles da esterilização fria nas características de carga-desvio e topografia de superfície de dois tipos de fios de níquel-titânio. Foram testados 30 fios de NiTi clássico (Unitek Corporation) e 30 fios de NiTi superelásticos (Ormco Corporation), do calibre 0,016 em testes de dobras em três pontos com um vão de 14 mm entre os braquetes, na máquina de testes Instron com velocidade de 1 mm/minuto. Foi medido a carga e descarga dos fios em um deslocamento de 2 mm e medido a cada 0,2 mm. Os fios foram divididos em três grupos de 10 fios cada; T0 - fios controle, T1 - um ciclo de uso e T2 - dois ciclos de uso. O ciclo de uso clínico foi estipulado em oito semanas, os fios do primeiro ciclo para o segundo foram esterilizados a frio com solução glutaraldeída de 2% por 10 horas. Os fios do experimento foram colocados em pacientes voluntários na clínica ortodôntica na universidade da Califórnia. Os resultados demonstraram que os fios de nitinol apresentaram forças maiores que os fio de NiTi. Houve diferença estatisticamente significante durante a ativação após o primeiro (T1) e segundo (T2) ciclo de uso dos fios NiTi, porém nenhuma diferença foi observada durante a desativação deste fios. Os fios NiTi apresentaram diferenças estatisticamente significantes nas características de carga-desvio durante a ativação e desativação entre o grupo controle (TO) e os fios submetidos a um ciclo (T1). Entretanto, quando comparados os grupos TO e T2 somente a curva de desativação foi afetada pela

30 28 reutilização destes fios. Na microscopia eletrônica as duas marcas testadas apresentam sulcos crescentes após a exposição clínica. VIAZIS (1991) relatou que o novo fio NiTi superelástico retangular, Neo Sentalloy (GAC), parecia possuir maior flexibilidade e provocar menor desconforto para o paciente do que outros fios de NiTi (Orthonal-RMO, Align-A Company, Nitinol SE Unitek), quando usado como arco inicial de nivelamento. Apresentou cinco casos clínicos, nos quais utilizou braquetes pré-ajustados. O fio Neosentalloy foi capaz de substituir todos os fios redondos de aço inoxidável e alguns retangulares. Nem todos os retangulares, pois estes são indicados para refinamento e coordenação dos arcos. Através do uso do fio retangular inicial controlou-se o torque desde o inicio do tratamento (na fase de alinhamento e nivelamento), o que tem um significado importante na estabilidade pós-tratamento. WALTERS (1992) por meio de uma revisão da literatura observou que as características e o comportamento dos fios de NiTi superelásticos, ao contrário dos fios convencionais, são capazes de suportar grandes deflexões e voltar a sua forma original durante a desativação produzindo forças mais suaves; também observou que tanto a sua rigidez quanto a região plateau (constante durante a etapa de descarregamento) presente na curva de desativação são muito dependentes da temperatura. Os fios em relação a sua reutilização, não mostraram mudanças prejudiciais nas três formas de esterilização por calor aprovadas pela ADA que são elas (calor seco 80ºC por 60 min, vapor de álcool formoldeído a 132ºC por 30 min e vapor autoclave 121ºC por 20 min) e nem nas desinfecções a frio (ácido glutaraldeído 2%, dióxido de clorino e codofor). Também relatou uma variação de carga inicial de 8% em fios do mesmo lote.

31 29 YONEYAMA et al. (1992) com o objetivo de avaliar os fios de NiTi disponíveis no mercado, testaram vinte marcas comerciais de calibre.018, para determinar as propriedades mecânicas e o comportamento térmico destes materiais. Ensaios em três pontos e Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) foram realizados. Foi usada uma deflexão máxima de 2 mm a uma velocidade cruzada de 0,2 mm por segundo nos testes de três pontos. Os resultados mostraram que os fios que apresentam alta energia endotérmica exibiram excelente superelasticidade onde a força ortodôntica manteve-se quase constante durante o processo de desativação. Entretanto, os fios que não demonstraram nenhum pico endotérmico possuem somente alta flexibilidade; a força ortodôntica decresce com a diminuição da deflexão. Alguns fios apresentaram temperaturas transicionais muito altas para se obter a superelasticidade enquanto outros fios apresentaram temperatura transicional entre a temperatura ambiente e a temperatura bucal. Concluíram então que o método correto de fabricação destas ligas é indispensável para que o fio apresente a propriedade de superelasticidade. TONNER et al. (1994) examinaram fios de NiTi superelástico através de ensaios em três pontos na maquina de testes Instron com uma variação de temperatura entre 5ºC e 50ºC onde os valores foram medidos em intervalos de 5ºC em deflexões de 1, 2, 3, 4 e 5 mm e concluíram que estes fios: devem ser defletidos no mínimo 2 mm numa distância interbráquetes de 13 mm para que se possa produzir a região plateau ou o efeito da superelasticidade aparecer. Sua baixa rigidez não promove estabilidade dentro do arco dentário e sua maior desvantagem está na extrema sensibilidade frente a variações na temperatura. Com a ingestão freqüente de alimento ou de bebidas quentes ou frias a eficácia deste fio pode ser comprometida.

32 30 BISHARA et al. (1995) determinaram a Variação de Temperatura de Transição (VTT) de três fios termodinâmicos comercialmente disponíveis no mercado e a taxa de recuperação dos fios quando dobrados uniformemente. A VVT específica de uma liga de NiTi é em função da composição da liga bem como seu histórico de processamento. Uma das maneiras de variar o VTT da liga pode ser alterando o conteúdo de níquel da liga. Foram utilizados três tipos de fios ortodônticos termodinâmicos comercialmente disponíveis no mercado. 1- Active arch (3M Unitek) 0,017 x 0,025 upper 2- Heat activated (Ortho Arch Co) 0,017 x 0, Neo Sentalloy (GAC International) 0,018 x 0,025. Os fios foram colocados em um suporte especial. Foram feitas dobras nos fios que variaram de 30º a 40º sem causar deformação permanente nos fios. Os fios foram suspensos em banho maria e o aumento da temperatura da água foi numa taxa constante para o período do teste. A temperatura inicial variou de 18 a 21ºC, abaixo da VTT de qualquer um dos fios testados. Uma câmera de vídeo foi usada para gravar a recuperação dos fios à medida que a temperatura se elevava. Nos resultados o limite absoluto mais baixo da VTT para os protótipos de fios testados foi de 25ºC, sem que os limites mais altos excedessem 36ºC. Assim todas as VTT observadas estavam a/ou abaixo da temperatura normal da boca. Não houve diferenças significativas nas taxas de recuperação em cada uma das três variações de temperatura entre os fios. Constatou que as taxas de recuperação parecem aumentar gradualmente á medida que a temperatura alcança o limite mais alto da VTT. Os resultados encontrados indicaram que em geral os três tipos de fios testados têm performance similar. SEGNER et al. (1995) compararam arcos de nivelamento que afirmam ter propriedades superelásticas. Os autores sugeriram que para um fio apresentar essa característica três parâmetros são necessários: um plateau pseudo-elástico distinto;

33 31 uma deflexão no inicio deste plateau; um determinado nível de força no plateau. Foram testados 16 fios diferentes de nove fabricantes distintos. Os fios foram defletidos 2 mm em testes de três pontos a uma temperatura controlada de 35ºC. Os resultados mostraram que muitos materiais ou não apresentaram qualquer propriedade pseudo-elástica ou os parâmetros dos fios foram tais que eles não forneciam qualquer vantagem sobre os fios convencionais de níquel-titânio. Em muitos arcos o começo do plateau e com isso as características desejáveis, só iniciavam quando o arco era deslocado 1 mm ou mais. Além disso para muitos fios o nível de força nesse plateau também provou ser tanto quanto alto, com valores freqüentemente acima de 500 g. BRADLEY et al. (1996) analisaram as temperaturas de transformação para as fases martensíticas, austeníticas e estrutura romboédrica (R) de várias marcas comerciais de fios de fios de NiTi. As amostras foram examinadas através da Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC). Dois caminhos diferentes, com a presença ou ausência da estrutura R, foram observados para a transformação da martensítica em austenítica enquanto que durante a transformação de austenítica em martesítica a estrutura R estava sempre incluída. A entalpia ( H) para a transformação da martensítica em austenítica variou de 0.3 a 3.5 cal/g. O mais baixo valor de ( H) foi encontrado para o fio NiTi (Unitek) não superelástico confirmando a presença da martensítica estável na sua microestrutura obtida através do processo de fabricação deste fio. Os resultados da DSC indicaram que os processos de transformação são de uma maneira geral, similares para os fios superelásticos com memória de forma à temperatura corpórea e para os fios não superlásticos. As diferenças nas propriedades de dobramento para os fios de níquel-titânio à

34 32 temperatura ambiente e a 37ºC são devido a proporções relativas das fases metalúrgicas em sua microestrutura. CROTTY et al. (1996) examinaram os efeitos dos procedimentos de esterilização e desinfecção comumente utilizados no Reino Unido nas propriedades mecânicas de ligas de NiTi superelásticas. Foi utilizado no experimento o fios do calibre 0,016 x 0,022 da marca American Orthodontics (Sheboygan, WI, USA), onde foram testados 140 fios com extensões retas de 150 mm e divididos em sete grupos (um a sete), sendo o grupo 1 controle. Os ensaios foram feitos na Instron em testes de três pontos e cantilever a uma velocidade de 1 mm/minuto e a uma temperatura controlada de 37ºC. Nos grupos de dois a sete foram utilizados como método de esterilização o autoclave e glutaraldeido a 2%, onde em cada grupo variava o tempo de exposição ao método. Os métodos de esterilização não apresentaram alterações nas propriedades mecânicas dos fios de níquel-titânio, pois resultados dos testes não mostraram nenhuma diferença estatisticamente significante entre os grupos de teste e o grupo controle. KUSY (1997) publicou um trabalho de revisão da literatura das propriedades e características dos arcos ortodônticos. Entre os fios de NiTi relatou que três subdivisões existem: o convencional e duas ligas superelásticas, a pseudoelástica e a termoelástica. O arco de NiTi convencional é produzido através de um processo de endurecimento, apresenta estrutura martensítica estável e é pobre em formabilidade. O material pseudoelástico é uma liga austenítica ativa como, por exemplo, o fio de Copper Ni-Ti 27 C. O arco termoelástico apresenta uma liga martensítica ativa que está presente por exemplo no fio Sentalloy Light (GAC). OLTJEN et al. (1997) investigaram a rigidez de vários fios sólidos e multitrançados de aço inoxidável e níquel-titânio. Foram feitos testes de três pontos

35 33 na máquina de testes Instron com deflexões de 1, 2 e 3 mm em 20 amostras de 24 fios de diferentes fabricantes (UNITEK, GAC e ORMCO), os fios eram de calibres variados, redondos, quadrados e retangulares, num total de 960 testes. Os resultados mostraram que a rigidez de um fio pode ser alteada não somente através de suas dimensões, mas também pela variação do número de filamentos e da composição da liga, confirmando o conceito do módulo ortodôntico variávela rigidez notada em diferentes deflexões para os fios multitrançados de aço inoxidável foi variável ao contrário da constante rigidez registrada para os fios com um único filamento. A seleção de um fio para a prática clínica deve incluir considerações tais como o tipo da liga, a secção transversal do fio e o número de filamentos. Estes três fatores influenciam profundamente a rigidez do fio. EVANS et al. (1998) compararam os fios de NiTi retangulares com fios de aço multitrançados em um estudo clínico, para isto moldaram 56 pacientes, que necessitavam de aparelho ortodôntico fixo superior e inferior, em determinadas etapas do tratamento - começo T0; após quatro semanas T4 e após oito semanas T8. Os modelos foram medidos num microscópio Reflex para registrar as mudanças individuais durante o alinhamento dentário. Foram usadas no experimento três marcas de fios (Americam Orthodontics, GAC e Dentaurum) de dois calibres 0,016 x 0,022 e 0,0155.Os resultados demonstraram que não houve diferença significativa entre os três arcos avaliados. Concluíram que tanto fio de níquel-titânio x 0 0,022 polegadas com liga martensítica ativa com força média da American Orthodontics quanto o fio de níquel-titânio 0,016 x 0,022 com liga martensítica ativa Bioforce Sentalloy da GAC falharam em demonstrar uma melhor performance quando comparados ao fio 0,0155 multitraçado da Dentaflex Dentaurum. A falha se deve á resposta metabólica individual e também ao fato que em situação clínica, os

36 34 fios de NiTi não são suficientemente deformados para permitir que suas propriedades superelásticas atuem durante o nivelamento inicial. BERGER et al. (1998) examinaram as características do supercable - um fio multitrançado com filamentos de NiTi superelástico. Compararam as forças liberadas por fios 0,016, 0,018 e 0,020 polegadas supercable com arcos de níqueltitânio do mesmo calibre, usados para o nivelamento inicial. Foram realizados ensaios em três pontos a uma temperatura controlada de 37ºC em uma máquina universal de ensaios Instron à velocidade cruzada de 1 mm/minuto com uma deflexão máxima de 4 mm. As marcas usadas no ensaio foram (GAC, 3M/Unitek, Company Orthodontics e Strite Industries Ltd). Concluíram que ambos os fios 0,016 e 0,018 supercable exerceram somente 36% a 70% da força de um fio 0,014 de níquel-titânio. Comparando fios do mesmo diâmetro, o fio 0,016 supercable demostrou 65% menos forças do que um fio 0,016 superelástico, enquanto que o fio 0,018 supercable exerceu 78% menos força que um fio.018 superelástico. MELING et al. (1998) avaliaram os efeitos que a mudança da temperatura bucal pode causar na força exercida pelos fios superelásticos em testes de dobra. Foram testados seis marcas comerciais de arcos retangulares termoativados.017 x.025 das marcas (Dentaurum, GAC, Cooper NiTi de 27, 35 e 40ºC da Ormco e 3M/Unitek) e um arco de NiTi convencional da marca (3M/Unitek). Os fios foram defletidos 0.5 mm a 37ºC e a força de dobramento foi medida continuamente. As amostras foram então submetidas em água fria (10ºC) e quente (80ºC) sob constante deflexão simulando um arco inserido que está sujeito a alimentos ou bebidas quentes ou frias durante a refeição. Os resultados demonstraram que os fios Termoativados são sensíveis a exposição rápida de líquidos quentes ou frios. A água quente aumentou, por um curto período de tempo, a força de dobramento

37 35 exercida para uma dada deflexão. Os efeitos da água fria foram mais duradouras. Quanto ao fio de NiTi convencional não foram observadas alterações significativas de seu comportamento. MELING et al. (1998) avaliaram se os fios de NiTi termoativados são afetados no meio bucal pelas mudanças de temperatura associadas com ingestão de comida fria ou quente em testes de torção. Foi presumido que as alterações na rigidez do fio associada com resfriamento ou aquecimento de curto prazo são transientes. Foram usados no experimento oito fios superelásticos retangulares nos calibres 0,017 x 0,025 e 0,018 x 0,025 de seis fabricantes diferentes que foram ativados a 20 graus, em torção longitudinal à temperatura corporal e submetidos à água fria (10ºC) e quente (80ºC) com tensão mantida constante. A rigidez torcional de alguns fios foi bastante afetada. O efeito da água quente desapareceu rapidamente, mas os fios permaneceram a um nível de rigidez torcional reduzido (até 85% menos) após curtas aplicações de água fria. Os fios termodinâmicos mostraram reduções incrementais em rigidez torcional quando a água fria foi repetidamente aplicada. Além do mais, a rigidez torcional permaneceu baixa (até 50% menos) e não demonstrou tendência de crescer mesmo após duas horas de restituição pós-exposição. É concebível que alguns fios possam fornecer forças inadequadas para movimento de dente após ingestão de líquidos frios. MELING et al. (1998) avaliaram as dimensões transversais e as propriedades de torção de 25 fios de sete fabricantes diferentes nos calibres 0,016 x 0,022, 0,017 x 0,025, 0,018 x 0,025. Foram testados 22 fios de NiTi convencionais ou superelásticos, um fio de NiTi braided e dois fios de beta-titânio. Foi simulando a aplicação de torque em um determinado dente onde os fios foram submetidos à torção longitudinal a temperatura controlada de 37ºC. Os autores

38 36 concluíram que a maioria dos fios apresentaram uma variação de mais ou menos 0 0,0005 das medidas anunciadas e contatos mais arredondados conduzido a um espaço variável entre o fio e o slot do braquete, durante a aplicação de torque. Nenhum dos fios testados exibiu propriedades superelásticas nestas condições e apenas um fio apresentou uma tendência a superelasticidade. MAYHEW et al. (1998) estudaram os efeitos da esterilização nas propriedades mecânicas e na superfície dos arcos de níquel-titânio e enfatizaram a necessidade deste estudo devido ao alto índice de reutilização destes arcos pelos ortodontistas. Os autores submeteram fios de 0,017 x 0,025 polegadas de duas marcas comerciais: o NiTi (Unitek Corporation) e o Titanal (Lancer Pacific) a três métodos de esterilização: calor a seco, vapor de álcool-formaldeído e autoclave. Após a esterilização os arcos foram submetidos a testes de tensão (ensaios em três pontos) e espectroscopia a laser. Os autores concluíram que nenhum dos métodos causou efeitos deletérios no modulo de elasticidade, superfície e propriedades de tensão dos fios avaliados. NAKANO et al. (1999) fizeram um estudo com a intenção de esclarecerem as propriedades mecânicas de fios ortodônticos de NiTi. Foram utilizados 42 marcas de fios de NiTi de nove fabricantes onde 19 marcas eram de fios redondos 0,016 e 23 de fios 0,016 x 0,022 e além destas foi testado um fio de cromo-cobalto e um de titânio-molibdênio afim de compará-los com os de NiTi. As medidas foram tiradas de três bases de prova de cada marca de lotes diferentes, num dispositivo de 14 mm de diâmetro e a força foi feita no centro deste (7 mm), a uma velocidade da máquina de testes de 1 mm por minuto com a temperatura controlada de 37ºC e todos valores se referem a fase de descarregamento. Os seguintes resultados foram obtidos para os fios de NiTi (1) entre os fios 0,016 polegadas testados sob uma deflexão máxima de

39 37 1,5 mm, a diferença entre o menor (Copper NiTi35) e o maior (Aline) valor de carga foi de 136 g. Para os fios 0,016 x 0,022 polegadas a diferença entre o menor (Copper NiTi40) e o maior (Aline) valor de carga foi 337 g; 2) A mudança na carga entre 1,5 mm e 0,5 mm de deflexão foi examinada para esclarecer propriedades superelásticas dos fios testados. Para os fios 0,016, 17 marcas produziram uma diferença de carga menor que 100 g e duas marcas produziram uma diferença de no mínimo 100 g. para os fios 0,016 x 0,022, 15 marcas produziram uma diferença de carga menor que 100g e oito marcas produziram uma diferença de mais de 100g. A menor diferença de carga foi de 3 g (Copper NiTi35) e 200 g (Aline). A maioria dos exemplos com a menor diferença de carga entre deflexões de 1,5 mm e 0,5 mm no processo de desativação foram encontrados entre os fios superelásticos. Quando comparados com os fios de Cr - Co e TMA, os fios de NiTi exerceram forças significativamente menores. Entretanto a quantidade de força varia grandemente de marca para marca. MINERVINO et al. (2000) por meio de uma revisão da literatura relataram aspectos relacionados às ligas ortodônticas de fios de NiTi e suas aplicações clínicas adequadas. Há alguns anos o nivelamento dos dentes caracterizava-se pela troca do calibre dos fios de aço inoxidável e que tinham que ter dobras para que o fio ficasse mais flexível e corrigir as giroversões dentárias. Observaram que há na literatura a opinião de que nas fases de nivelamento as ligas ortodônticas devem ter uma grande deflexão elástica. É uma característica dos fios de níquel-titânio a flexibilidade, estes fios conseguem grande alongamento com pequenos níveis de tensão, o contrário do aço inoxidável. A primeira liga de NiTi introduzida na Ortodontia nos anos recentes é conhecida como NiTi (Unitek Corp.), esta foi desenvolvida pelo engenheiro metalúrgico Willian Buehler. O efeito de Memória de

40 38 Forma que caracteriza as ligas de NiTi relacionam-se com sua estrutura metalúrgica (Fase Martensitica-Austenitica). A memória de forma refere-se à habilidade do material lembrar-se de sua forma original após permanecer elasticamente deformado na sua forma martensitica. Essas novas ligas de NiTi apresentam duas propriedades fundamentais, memória de forma e superelasticidade, clinicamente essas características resultam em alinhamento e nivelamento mais eficaz com menor tempo de cadeira do paciente e menor desconforto. Essas ligas facilitam o tratamento ortodôntico pela dissipação de forças leves e constantes, necessárias para uma movimentação dentária fisiológica. GURGEL et al. (2001) compararam em um estudo laboratorial in vitro o comportamento de oito tipos de fios superelásticos de níquel-titânio (0,017 x 0,025 ) comercialmente disponíveis. Foi usada uma máquina de testes instron, onde foi aplicada uma tensão aos fios que estavam presos a braquetes e tubos sem angulação, que variou de 0,2 a 2 mm de ativação e uma desativação de 1 mm a uma temperatura controlada de 35ºC. Os fios utilizados no estudo produziram cargas/desvios que variaram de um mínimo de 190 g a um máximo de 600 g. Os resultados mostram que os oito fios testados exibiram comportamento superelástico, mas em níveis de carga diferentes. GURGEL et al. (2001) avaliaram momentos torcionais em ativação e desativação de fios de NiTi que são utilizados nas fases iniciais de nivelamento do tratamento ortodôntico. Foram usados fios de calibre 0,017 x 0,025 de nove marcas comerciais sendo um fio de níquel-titânio convencional e os outros superelásticos. Foi usado um torsiômetro que fez medições de 10 a 40 graus em intervalos de cinco graus. A temperatura foi controlada nos experimentos a 35. Os fios E27, RF e R tiveram os maiores momentos durante ativação e desativação, sem evidência do

41 39 platô típico do efeito superelástico. Platôs de momentos torcionais constantes foram observados nos fios C27, C35, E35, MO, NS e NI. Os momentos torcionais variaram entre os fios de NiTi superelásticos, mesmo nos fios que tinham a mesma temperatura de transição. Alguns fios superelásticos tiveram momentos torcionais que foram comparáveis com fios de NiTi convencionais. QUINTÃO et al. (2001) relataram que a grande novidade das décadas de 80 e 90, em termos de propriedades de fios ortodônticos, foi à descoberta do efeito memória de forma e da superelasticidade que as ligas de NiTi apresentam e a sua aplicação na ortodontia. O fio de NiTi foi produzido primeiramente pela Unitek Corp. mais não apresentava efeito memória de forma nem superelasticidade. O fio de NiTi chinês foi o primeiro a exibir potencial superelástico em Em 1986 os efeitos de superelasticidade e memória de forma do NiTi japonês foram realçados. Quando uma liga é fletida além do seu limite elástico ela se deforma plasticamente e permanece deformada mesmo após a remoção da tensão. Em uma liga com memória de forma quando se retira a tensão do fio, este retorna para sua forma original, é como se o fio se lembrasse da sua forma original. Atualmente sabe-se que existe uma relação entre o efeito memória de forma e a transformação martensitica. Na literatura ortodôntica classificaram os fios de NiTi em dois grupos: os do tipo martensiticos, como NiTi (Unitek Corp) e Titanal (Lana Pacific) e os do tipo austeniticos como, por exemplo, o NiTi chinês. Os martensiticos são os que não exibem efeito memória de forma e superelasticidade e os austeniticos os que apresentam tais características e classificam-se ainda como Termoativados (Memória de forma) e Superelásticos (Superelasticidade). PARVIZI et al. (2003) estudaram o comportamento de desvio/carga de um número de fios de NiTi termoativados e compararam a performance dos fios de NiTi

42 40 termoativados com o fio de NiTi convencional, à temperaturas e desvios diferentes, em uma situação clínica simulada. Foram usadas três marcas termoativadas (Unitek 3M, Direct Ortho, Ortho Care), e um fio de NiTi controle (Unitek 3M), o calibre dos fios era redondo 0,4 mm e retangular 0,4 x 0,56 mm, testados à temperaturas de 20, 30 e 40ºC a um desvio de 2 e 4 mm, em um ensaio de três pontos com segmento reto de fio de 4 cm e outro ensaio usando uma boca de typodont com um arco précontornado, sendo usadas cinco bases de prova de cada fio. Os ensaios foram feitos na máquina de testes Instron, a uma velocidade cruzada de 1 mm/minuto. Teste estatístico ANOVA demonstrou que ocorreram aumentos significativos na força para todos os fios à medida que a temperatura aumentava durante os testes. Na comparação dos fios redondos com os retangulares a força média praticamente dobrou em ambos os testes de 2 e 4 mm, já os fios termoativados não demonstraram diferenças entre si, mas todos exerceram menos força que o NiTi convencional. Os ensaios na boca de typodont apresentaram resultados de quatro a oito vezes maiores que nos ensaios de três pontos nos desvios de 2 e 4 mm.

43 41 3. PROPOSIÇÃO O objetivo deste estudo foi estabelecer: a) quantidade de energia liberada pelos fios de NiTi termoativado e superelástico, na carga e descarga, numa compressão previamente determinada; b) se após trinta dias, com cargas de 1 e 5 mm dentro da estufa à 37ºC com saliva artificial ph 7, haverá fadiga significativa nos fios; c) se há diferenças entre o NiTi termoativado e o superelástico nas duas avaliações.

44 42 4. MATERIAL E MÉTODO 4.1 Material A amostra foi composta por dois tipos de fios de NiTi (Superelástico e termoativado), de três marcas diferentes GAC (Central Islip, Nova Yorque, EUA), MORELLI (Sorocaba, São Paulo, Brasil) e AMERICAN ORTHODONTICS (Sheboygan, Winscosin, EUA), todos pertencentes ao mesmo lote com espessuras 0,019 x 0,025, 0,017 x 0,025 e 0,016 x 0,022. No total de 540 corpos de prova cad qual com 40mm de comprimento, os quais foram divididos em 18 grupos de 30 unidades, dos quais 15 corpos de prova foram utilizados nos ensaios de 1mm, e os outros 15 nos ensaios de 5mm (TAB. 1). Além disto, foram utilizados: régua comum graduada em cm, paquímetro Digital Mitutoyo, termômetro de mercúrio para estufa, aquecedor NILKO NK 564, máquina de teste EMIC DL 2000, estufa Odontobrás ECB 1.3 Digital, gabaritos em Aço produzidos especificamente para o experimento conforme as FIG. 1, 2, 3 e 4, tubos Braquetes 0,022 x 0,028 polegadas Edwise Morelli;célula de carga de 50 Kgf, Saliva Artificial ph 7 e recipiente de Plástico Plasutil 214 x 214 x 57 mm.

45 43 TABELA 1 - Grupos da dissertação. Grupos Marca Tipo Calibre Ensaio Grupo 1 GAC NiTi - Superelástico 0,019"X 0,025" Grupo 2 GAC NiTi - Superelástico 0,017"X 0,025" Grupo 3 GAC NiTi - Superelástico 0,016"X 0,022" Grupo 4 GAC NiTI - Termoativado 0,019"X 0,025" Grupo 5 GAC NiTI - Termoativado 0,017"X 0,025" Grupo 6 GAC NiTI - Termoativado 0,016"X 0,022" Grupo 7 Morelli NiTi - Superelástico 0,019"X 0,025" Grupo 8 Morelli NiTi - Superelástico 0,017"X 0,025" Grupo 9 Morelli NiTi - Superelástico 0,016"X 0,022" Grupo 10 Morelli NiTI - Termoativado 0,019"X.025" Grupo 11 Morelli NiTI - Termoativado 0,017"X 0,025" Grupo 12 Morelli NiTI - Termoativado 0,016"X 0,022" Grupo 13 American Orthodontics NiTi - Superelástico 0,019"X 0,025" Grupo 14 American Orthodontics NiTi - Superelástico 0,017"X 0,025" Grupo 15 American Orthodontics NiTi - Superelástico 0,016"X 0,022" Grupo 16 American Orthodontics NiTI - Termoativado 0,019"X 0,025" Grupo 17 American Orthodontics NiTI - Termoativado 0,017"X 0,025" Grupo 18 American Orthodontics NiTI - Termoativado 0,016"X 0,022" 1 mm 5 mm 1 mm 5 mm 1 mm 5 mm 1 mm 5 mm 1 mm 5 mm 1 mm 5 mm 1 mm 5 mm 1 mm 5 mm 1 mm 5 mm 1 mm 5 mm 1 mm 5 mm 1 mm 5 mm 1 mm 5 mm 1 mm 5 mm 1 mm 5 mm 1 mm 5 mm 1 mm 5 mm 1 mm 5 mm Corpo de Prova

46 44 FIGURA 1 Máquina de Teste EMIC DL Especificação dos gabaritos O Gabarito usado para mensuração imediata e após os 30 dias dos fios de NiTi foi o mesmo,e consistiu de duas placas de aço de 50 x 250 mm com espessura de 10 mm, chanfrado no centro para poder ser preso à máquina de teste EMIC. As placas foram soldadas uma na outra a distância de 14 mm interbraquetes. Nas extremidades das placas foram soldados dois tubos braquetes para que os fios de NiTi pudessem ser fixados para o teste de três pontos, como mostra as FIG. 2 e 3.

47 45 FIGURA 2 - Vista superior B A C FIGURA 3 - Vista lateral A- Placa de Aço B-Tubo Braquete C- Fio NiTi O Gabarito em que os fios de NiTi ficaram guardados por 30 dias na estufa à 37ºC com carga de 1 mm tem uma base de aço de 50 x 100 mm com 10 mm de espessura, onde sobre ela foram colocados pinos de aço com 2 mm de raio por 25 mm de comprimento. Cinco pinos dispostos dois a dois paralelos entre si, paralelamente distanciados 10 mm e verticalmente 0,5 mm e o quinto pino posicionado entre os quatro de maneira que, quando o fio passasse por eles ficasse tencionado 1 mm, como mostra a FIG. 4. O Gabarito com carga de 5 mm se diferencia do anterior, pela disposição do quinto pino que ficava posicionado de

48 46 maneira que, quando o fio de NiTi passasse por ele ficasse tencionado com 5 mm, como mostra a FIG. 5. FIGURA 4 - Carga de 1 mm. A B C FIGURA 5 - Carga de 5 mm A- Quinto Pino B- Pino de Aço C- Fio de NiTi FIGURA 6 - Diagrama do Gabarito 1 mm. FIGURA 7 - Diagrama do Gabarito 5 mm.

49 47 As FIG. 6 e 7 mostram as medidas em milímetros entre os eixos dos pinos dos gabaritos de carga de 1 e 5 mm, com uma visão superior. 4.2 Métodos Nos dezoito grupos foram feitos as seguintes mensurações em testes de três pontos: energia acumulada na carga e descarga de 0,25; 0,5; 0,75; 1; 2; 3; 4 e 5 mm. Na mensuração da energia acumulada foi usada a máquina de teste EMIC DL 2000 (São José dos Pinhais, PR, Brasil). Todos os fios das amostras apresentavam tamanho semelhante de 40 mm. Os ensaios foram realizados a temperatura estabilizada de 37ºC (FIG. 8) com margem de erro de mais ou menos 2ºC. Os fios de NiTi Termoativados usados apresentavam Variação de Temperatura de Transição (VTT) de 35ºC (GAC, AMERICAN ORTHODONTICS) e 27ºC (MORELLI). Após os testes imediatos, os fios foram armazenados em estufa nos gabaritos específicos com tensão de 1 e 5 mm, acondicionados em um recipiente plástico imersos em saliva artificial com ph 7 (FIG. 9) e a temperatura de 37ºC, por trinta dias. Após esse período, os fios foram testados novamente, avaliando-se se a tensão imposta aos fios e verificando se houve alterações nos resultados obtidos inicialmente.

50 48 A FIGURA 8 a) Termômetro de controle de temperatura do ensaio. Cada grupo e amostra foi dividido em dois subgrupos, onde os 30 fios de 40mm de comprimento cada, foram usados nos testes iniciais e após 30 dias da seguinte forma: teste de 1 mm de carga e descarga com medições em 0, 0,25, 0,50, 0,75 e 1 mm sendo usados 15 segmentos de fios; teste de 5 mm de carga e descarga com medições em 0, 1, 2, 3, 4 e 5 mm sendo usados 15 segmentos de fios. Na mensuração imediata de carga e descarga nos teste de 1 e 5 mm, os fios ficaram presos nos gabaritos específicos e pressionados pela máquina de teste EMIC DL 2000 com velocidade de 1 mm/ minuto com célula de carga de 50 Kgf. Foi atarrachado na célula de carga da máquina Emic DL 2000, um parafuso especialmente modificado para o ensaio. Esse parafuso possuía 3/16 de diâmetro (Gerdau, SP, São Paulo, Brasil) e sua cabeça foi cortada, biselada e feito um

51 49 chanfrado para se encaixar o fio a ser testado (FIG. 9a). A carga foi aplicada no centro do corpo de prova, representando uma distância inter-braquetes de 7 mm. Nos testes de 1 mm o corpo de prova foi pressionado até 1 mm e nos testes de 5 mm até 5 mm, onde a máquina de testes EMIC mediu a carga imprimida ao fio e a descarga, que é a força de retorno do fio. A FIGURA 9 - Ensaio de 5 mm. a) Parafuso 3/16

52 50 FIGURA 10 - Fios em gabaritos de 1 mm em saliva artificial. FIGURA 11 - Fios em gabaritos de 5 mm em saliva artificial.