VARIAÇÃO DO MÓDULO DE ELASTICIDADE EM RESTAURAÇÕES DENTÁRIAS E BIOCOMPATIBILIDADE

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1 VARIAÇÃO DO MÓDULO DE ELASTICIDADE EM RESTAURAÇÕES DENTÁRIAS E BIOCOMPATIBILIDADE Teixeira, A.B.1.A; Melo-Silva, T.C.F.2.B; Carvalho, E.C.1.C; Gouvêa, J.P.1.D; Melo-Silva, C.L.2.E; Carvalho, C.F.2.F; Carvalho, A.S.1.G; Cruz, A.O.1.H; de Sá, G.M.S.1.I; 1. Universidade Federal Fluminense, R Vila Santa Cecília, Volta Redonda- RJ, Brazil. 2. UniFOA, Avenida Paulo Erlei Alves Abrantes, Três Poços, Volta Redonda- RJ, Brazil. Ahtaborges@gmail.com; Bterezafmelo@ig.com.br; Ccosta_eric1@hotmail.com; Djpg@metal.eeimvr.uff.br; Eclaudiolmelo@ig.com.br; Fcrisfoncar@hotmail.com; Galinnescar@hotmail.com; Hanapaula.osorio@hotmail.com; RESUMO Nas últimas décadas iniciou-se uma revolução no desenvolvimento de compósitos resinosos, que foi possível graças aos avanços tecnológicos. Uma das áreas que obteve progresso com o uso de cerâmicos e polímeros foi a Odontologia Restauradora, que utiliza esses materiais em restaurações dentárias. Um dos fatores mais preponderantes na escolha desse material é a biocompatibilidade relacionada às propriedades mecânicas. O presente estudo analisou tanto o material restaurador quanto o biológico. Foi realizado o ensaio de dureza Vickers no Ultramicrodurômetro, com amostras de compósito resinoso nanoparticulado, nome comercial Filtek Z350XT da fabricante 3M, e dentes terceiros molares inclusos. Objetivou-se obter resultados referentes à distribuição do módulo de elasticidade ao longo do dente. Constatou-se que não há variação de módulo de elasticidade na dentina, diferentemente do que é dito na literatura, enquanto no esmalte há uma grande variação. Esses dados podem resultar em mudanças no padrão de procedimentos de restauração dentária. Palavras-chaves: Restauração dentária, Módulo de Elasticidade, Compósitos Resinosos 1536

2 INTRODUÇÃO Desde seu advento os compósitos resinosos passaram por diversas modificações em sua composição química com o propósito de melhorar suas propriedades mecânicas e consequentemente seu desempenho clínico (1). Essas modificações continuam sendo realizadas nos dias de hoje, tanto na matriz orgânica dos compósitos resinosos, quanto em sua porção inorgânica. Embora ambas as fases - orgânica e inorgânica - possam influenciar o comportamento do material, as características inerentes às partículas de carga, como volume e tamanho, estão diretamente relacionadas com a melhoria das propriedades mecânicas das resinas (2). As propriedades mecânicas podem ser determinadas quando o material está sujeito a esforços de natureza mecânica. Ou seja, através do preceito de propriedades mecânicas se determina a capacidade que o material tem para transmitir ou resistir aos esforços que lhe são aplicados. Sendo essa capacidade necessária durante os esforços mastigatórios. Propriedades como o módulo de elasticidade, são utilizadas para análise de morfologia e caracterização do material. Embora os testes laboratoriais não consigam reproduzir fielmente as condições que ocorrem clinicamente, eles representam um parâmetro importante para análise, uma vez que apresentando um bom desempenho laboratorial, provavelmente resultará em uma boa performance clínica. O estudo sobre as propriedades mecânicas do material biológico tem sua importância, pois segundo Santos Filho (3) dentes tratados endodonticamente possuem um alto risco de sofrer falha mecânica devido à diferença entre as propriedades mecânicas do complexo restaurador se comparado ao dente. Logo a busca por materiais restauradores com propriedades semelhantes ao material original é cada vez mais pesquisada, assim como melhoramentos na técnica de utilização do material restaurador, como afirma De Sousa (4). No presente estudo foi avaliado o módulo de elasticidade tanto do material restaurador quanto da estrutura biológica, este dado foi obtido através do ensaio de dureza Vickers em escala micrométrica. 1537

3 Material Biológico Os dentes humanos constituem 20% da superfície da boca e desempenham diversas funções, embora a mais conhecida seja a mastigação, eles também são essenciais, por exemplo, para uma fonação correta. Dentes consistem em esmalte, que é um tecido duro suportado pela dentina, tecido conjuntivo duro menos mineralizado, o qual é produzido e sustentado pela polpa dentária, um tecido conjuntivo mole (5). O esmalte é a camada mais externa do dente, formando um revestimento duro e dado como o mais calcificado da estrutura dentária. Tratando-se da estrutura que resiste ao desgaste dos esforços mastigatórios. O esmalte é composto por minerais e com matriz orgânica escassa. Sendo sua estrutura formada por prismas, que se assemelham a buracos de fechadura, e interfaces entre os prismas, por onde ocorre a passagem de água e movimento iônico, sendo essas interfaces conhecidas como bainhas de prismas. Esses prismas são evidenciados através de condicionamento ácido (6). A dentina é uma estrutura compósita biológica hidratada que compõe a maior parte do dente, sendo que sua morfologia varia com a localização e sofre alterações com a idade ou doenças. Ela é composta por cerca de 50% em volume de apatita rica em carbono e pobre em cálcio; 30 vol% de material orgânico e cerca de 20 vol% de fluido similar ao plasma (6). A dentina é revestida pelo esmalte na coroa e pelo cemento na raiz e inclui no seu interior o tecido mais profundo que constitui a polpa dentária (7). Segundo Sakaguchi e Powers (6), uma característica distinta da dentina são os túbulos, eles representam o caminho traçado pelas células odontoblásticas a partir da Junção Amelodentinária(JAD) ou da raiz para a câmara pulpar. Eles aparecem como túneis que penetram a estrutura da dentina, sua orientação e densidade variam de acordo com a localização. Material Restaurador Acredita-se que os compósitos resinosos possuem um papel muito significativo na Odontologia. Eles representam uma solução estética de fácil manipulação e confecção pelo Cirurgião-Dentista, além de apresentarem um prognóstico com 1538

4 elevada taxa de sucesso em longo prazo, quando obedecidas às técnicas operatórias de confecção. O fator estético é hoje em dia muito solicitado por parte dos pacientes em Odontologia que esperam de um tratamento, além do restabelecimento da função mastigatória, restaurações estéticas com aparência dos dentes naturais (8). Apesar das resinas utilizadas atualmente apresentarem excelentes propriedades mecânicas, a contração de polimerização e a tensão associada à alteração volumétrica da resina é ainda uma desvantagem. As propriedades de contração e profundidade de polimerização de um compósito resinoso são cruciais para o sucesso de uma restauração. Estas propriedades são dependentes não só da composição da resina, mas também da fonte de luz utilizada, tempo de exposição e técnicas de manipulação (9). Outros problemas clínicos comumente observados devido à utilização de resinas compostas são a sua resistência ao desgaste e à abrasão, a micro infiltração marginal, e deformações decorrentes de forças oclusais, que normalmente não são consideradas (10). MATERIAIS E MÉTODOS Para o presente estudo foi utilizado para a obtenção dos valores de módulo de elasticidade, o ensaio de dureza com penetrador piramidal Vickers em escala micrométrica. Quanto menor a carga de teste, maior o grau de acabamento superficial necessário, logo as superfícies a serem testadas demandaram um acabamento metalográfico. Material Biológico Para realização dos ensaios foram utilizados dentes terceiros molares permanentes inclusos, por serem dentes de maior porte, permitindo assim maior área de ensaio e maior facilidade de manuseio. Sendo utilizados dentes inclusos pelo fato de que não haviam sofrido esforços mastigatórios até o momento da retirada dos mesmos, o que poderia alterar as propriedades mecânicas do mesmo. Os dentes foram obtidos do banco de dentes do UniFOA (Centro Universitário de Volta Redonda), onde são mantidos armazenados hidratados com água numa 1539

5 câmara úmida a 36 C, após o processo de clivagem. Este processo de armazenamento é feito para que haja manutenção das propriedades referentes à hidratação dos túbulos dentários, reproduzindo-se assim mais fielmente as condições a que se encontra exposto o dente no meio bucal. Para análise do módulo de elasticidade do dente, foi realizado o corte sagital que secciona a parte mesial da distal. O corte pode ser observado na figura 1. Figura 1 Representação do corte do material biológico. O corpo de prova foi seccionado na máquina de corte e após o corte foi embutido em matriz circular com resina acrílica. Devido à necessidade de um acabamento superficial, a amostra foi lixada com lixas de granulação 800, 1000, 1200 e 2000 e em seguida polida com panos autoadesivos e alumina de granulação de 0,5 e 1µm. O teste de dureza Vickers dinâmico foi realizado no Ultramicrodurômetro (SHIMADZU, do modelo: DUH-211 Dynamic Ultra Micro Hardness Tester), com os seguintes parâmetros: Tabela 1 Parâmetros de realização do ensaio de dureza Carga Hold Coeficiente de time Poisson dentina 50gF 0 0,25 esmalte 20gF 0 0,3 1540

6 Foram feitas medidas seguindo da ponta da cúspide do esmalte em direção à polpa, tanto do lado bucal, quanto do lado lingual e na região central do dente. Sendo três fileiras de cada lado, formando no total 126 medidas no esmalte e 291 medidas na dentina. Material Restaurador O compósito resinoso empregado possui nome comercial: Filtek Z350XT da fabricante 3M sendo ele nanoparticulado na cor A2. Os corpos de prova utilizados neste ensaio foram confeccionados com medidas de 10x10x2mm e embutidos em uma matriz circular plástica com resina acrílica autopolimerizavel. Depois de confeccionadas cada amostra foi polida na politriz com lixa de carbeto de silício de 600, 1200 e de No ensaio de dureza faz-se necessário a seleção das cargas e dos tempos de penetração adequados para que os valores de dureza sejam estáveis e precisos em compósitos resinosos. Para esses materiais o aumento da taxa de deformação produz alterações nas curvas de tensão-deformação, resultando em diferentes valores de módulo de elasticidade, limite de proporcionalidade e resistência máxima. (Soprano) Foi realizado o ensaio de dureza em escala micrométrica, seguindo os seguintes parâmetros: Carga 100 gf, hold time 15s e coeficiente de Poisson 0,33. Seguindo parâmetros explícitos na norma ASTM E (2000) (11). RESULTADOS E DISCUSSÃO Material Biológico Devido a grande quantidade de dados, os valores foram mais bem sintetizados a partir da elaboração de gráficos, que contem a sequência de penetração em relação ao valor de módulo de elasticidade obtido. 1541

7 Figura 2- Gráfico de valores de módulo de elasticidade para o esmalte lado bucal. Figura 3- Gráfico de valores de módulo de elasticidade para o esmalte lado central. Figura 4- Gráfico de valores de módulo de elasticidade para o esmalte lado lingual. 1542

8 Figura 5- Gráfico de valores de módulo de elasticidade para a dentina lado bucal. Figura 6- Gráfico de valores de módulo de elasticidade para a dentina lado central. Figura 7- Gráfico de valores de módulo de elasticidade para a dentina lado lingual. 1543

9 Através da análise dos três primeiros gráficos, figuras 2, 3 e 4, é possível a verificação da variação de distribuição do módulo de elasticidade ao longo do esmalte. Sendo valores mais altos encontrados nas pontas das cúspides do lado lingual e no central. Estes valores vão de encontro a pesquisa feita por Cuy et al. (12). Onde os autores evidenciaram a discrepância de valores encontrados na literatura, e chamam atenção a essa grande variação da distribuição de valores existente no esmalte. Sendo encontrados valores de aproximadamente 120GPa na cúspide e 50 GPa mais próximo a Junção Amelodentinária. Pode-se perceber pelos gráficos 5, 6 e 7 que não há uma variação significativa de distribuição do módulo de elasticidade ao longo da dentina, independentemente da quantidade de túbulos que foi observado na área a ser penetrada. A partir da observação dos valores, pode-se obter uma media dos valores de módulo de elasticidade relacionados à dentina, o valor ficou na faixa de 20 GPa. Material Restaurador Os materiais podem ser classificados como: elásticos, viscoelásticos e friáveis de acordo com o comportamento observado na curva tensão-deformação. Soprano (13) elaborou estudos sobre a dureza em resinas dentárias onde cita a importância do tempo de penetração em resinas compostas, pois o material citado pode ser classificado como polímero viscoelástico, tendo então a capacidade de possuir certa deformação elástica quando submetido à penetração, logo a alteração no tempo de penetração influencia nos resultados obtidos (10). A propriedade viscoelástica das resinas compostas está relacionada à carga exercida e o tempo de aplicação desta carga (10). Dado o comportamento do material a ser ensaiado foi utilizado o tempo de 15s de hold time, ou seja, o penetrador foi mantido durante 15s pressionando o material, a fim de se diminuir as alterações dos valores de modulo de elasticidade decorrentes da deformação elástica. Foram obtidos os seguintes valores de módulo de elasticidade. 1544

10 Seq. De Módulo de medidas elasticidade(gpa) Média 10 Figura 8 Tabela de valores de módulo de elasticidade da resina composta A partir dos dados mostrados na tabela da figura 8 é possível se notar a uniformidade dos dados obtidos, sendo o módulo de elasticidade da resina 10GPa. Não se faz então necessário mais medidas dado que se trata de um material uniforme. CONCLUSÃO Pode-se observar que diferentemente do esmalte a dentina não possui variação considerável do modulo de elasticidade. Há diferenças entre o lado bucal e o lingual das cúspides do esmalte. Os valores do módulo de elasticidade da resina analisada e da dentina estão na mesma faixa de trabalho, sendo então este compósito aconselhável para o uso na substituição da dentina. REFERÊNCIAS 1. BUONOCORE, M. G. A simple method of increasing the adhesion of acrylic filling materials to enamel surfaces. J. D. Res., v. 34. n.6, SILVEIRA, R.R.; ARAÚJO A.A.V.L.; BARROS, G.de A.; BRANDIM, A.de S.; CASTRO, J.C. de O.; POMPEU, J.G.F. Análise Comparativa da Microdureza Superficial e Profunda entre uma Resina Composta Microhíbrida e uma Resina Composta de Nanopartículas. Pesq Bras Odontoped Clin Integr, v.12,p ,

11 3. SANTOS FILHO, P.C. de F. Biomecânica restauradora de dentes tratados endodonticamente Análise por elementos finitos. 2009, Tese (Doutorado em Clinica Odontológica) - Faculdade de Odontologia de Piracicaba, Universidade Estadual de Campinas, Piracicaba SP. 4. DE SOUSA, H.A. Levantamento estatístico do valor do módulo de elasticidade da dentina e dos materiais utilizados na reabilitação protética de raízes fragilizadas. 2012, Dissertação (Mestrado em Clínica Odontológica) Centro de Ciências da Saúde, Universidade Federal do Espirito Santo, Vitória ES. 5. NANCI, A. Ten Cate, histologia oral. Rio de Janeiro RJ: Elsevier, SAKAGUCHI, R.L.; POWERS, J.M. Craig, Materiais Dentários Restauradores. Rio de Janeiro RJ: Elsevier, BATH-BALOGH, M.; FEHRENBACH, M.J. Anatomia, Histologia e Embriologia dos Dentes e das Estruturas Orofaciais. São Paulo SP: Manole, MARTINS JÚNIOR, L. de O. Influência de duas técnicas de ativação complementar de uma resina composta direta/indireta comparadas a uma resina composta laboratorial na resistência ao dobramento e na microdureza Vickers. 2006, Dissertação (Mestrado em Odontologia) Faculdade de Odontologia, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte - MG. 9. FARES, N. H.; NAGEM FILHO, H.; PACHECO, I. B.; COUTINHO, K. Q.; NAGEM, H.D. Resistência flexural e módulo de elasticidade da resina composta. Rev. de Clín. Pesq. Odontol., v.2, n.1, COUTO, M.G.P.; COUTO JÚNIOR, M.P.; NAGEM FILHO, H.; FRANSCIOSCONI P.A.S. Estudo Do Creep Em Cinco Resinas Compostas Fotopolimerizáveis. Rev. FOB, v.8, p , American Society for Testing and Materials ASTM E , Standart test method for microindentation hardness of materials, in: 2000 Annual Book of ASTM Standarts, ASTM, Philadelphia PA,2000 pp CUY, J. L.; MANN, A. B.; LIVI, K. J.; TEAFORD, M.F.; WEIHS, T.P. Nanoindentation mapping of the mechanical properties of human molar tooth enamel. Arch. Oral Biol., v. 47, p , SOPRANO, V. Estudo de parâmetros para ensaios de microdureza em àmalgama de prata, resina composta, dentina e esmalte bovinos. 2007, Dissertação (Mestrado em Odontologia) Faculdade de Odontologia, Universidade de São Paulo, São Paulo SP. 1546

12 Variation of Elasticity Module of Dental Restorations and Biocompatibility Abstract In recent decades it began a revolution in the development of composite resins, which was possible thanks to technological advances. One of the areas that progress obtained with the use of ceramic and polymer was the Restorative Dentistry, using these materials in dental restorations. One of the most important factors in the choice of this material is related to the mechanical properties biocompatibility. This study examined both, the restorative material and the biological one. It conducted the Vickers hardness test in Ultramicrodurômetro with nanoparticulate composite resin samples, trade name Filtek Z350XT 3M, and teeth the 3rd molars. The objective was to obtain results concerning the distribution of the modulus of elasticity along the tooth. It was found that there is no elastic modulus variation in dentin, unlike what is said in the literature, while in the enamel there is a great variation. These data may result in changes in the standard of dental restoration procedures. Keywords: Dental Restoration, Modulus of Elasticity, Composites Resin 1547