Trabajo Original

Estudio comparativo in vitro de la fuerza de adhesión a la superficie dental de brackets metálicos y cerámicos utilizando un cemento a base de resina, con diferentes sistemas de fotopolimerización y espesores de material

Recibido para arbitraje: 13/03/2018
Aprobado para su publicación: 25/06/2018

María Natalia Mandri1, Melisa Raquel Lezcano2, Jessika Navarro López3, María Eugenia Zamudio4

Resumen

Introducción: Desde su inicio, uno de los grandes desafíos de la Ortodoncia es la constante búsqueda de sistemas que garanticen la permanencia de los brackets sujetos a los dientes, para que las fuerzas aplicadas se mantengan constantes y no se interrumpan por su descementación. Objetivo: comparar la fuerza de adhesión a la superficie dental debrackets metálicos y cerámicos utilizando un cemento a base de resina, con diferentes sistemas de fotopolimerización y espesores de material (cemento). Metodología: Se seleccionaron 160 dientes anteriores, según criterios de inclusión, que fueron distribuidos en grupos según tiempo de polimerización, intensidad lumínica y espesor de material.Se armaron bloques de resina acrílica de autocurado conteniendo las piezas dentarias seleccionadas, se cementaron brackets metálicos o cerámicos, según grupo experimental, con sistema Variolink II® Ivoclar- Vivadent y se polimerizó con lámparas halógena y led. Preparados los bloques se montaron en máquina Instron 3366, procediéndose al ensayo de cizalla. Resultados: se demostró que la adhesión de brackets a esmalte se vió afectada por la unidad lumínica utilizada, el tiempo durante el cual se la aplica, y el espesor de material de fijación, no así por el tipo de bracket utilizado. La utilización de unidades led, durante 40 segundos, generó mayor fuerza de adhesión de brackets a esmalte. En cuanto al espesor del material se obtuvieron los mejores resultados de adhesión con espesores de 2 mm de cemento. Conclusión: En las condiciones experimentales de este estudio puede concluirse que la adhesión de brackets a esmalte dentario se vería afectada por la unidad lumínica utilizada, el tiempo durante el cual se la aplica, y el espesor de material de fijación, no así por el tipo de bracket utilizado.

Palabras clave: recubrimiento dental adhesivo, ortodoncia, cementos de resina


Original work

in vitro comparative study of the strength of adhesion to the dental surface of metal and ceramic brackets using cement based resin, with different photopolymerization systems and material thicknesses

Abstract

Background: Since its inception, one of the great challenges of orthodontics is the constant search for systems that guarantee the permanence of the brackets attached to the teeth, so that the applied forces remain constant and are not interrupted by their de-cementation.Objective: to compare the strength of adhesion to the dental surface of metal and ceramic brackets using a resin-based cement, with different photopolymerization systems and material thicknesses (cement). Methodology: We selected 160 anterior teeth, according to inclusion criteria, which were distributed in groups according to polymerization time, light intensity and material thickness. Blocking acrylic resin of self-curing were prepared containing the selected dental pieces, metal or ceramic brackets were cemented, according to experimental group, with Variolink II® Ivoclar-Vivadent system and polymerized with halogen and led lamps. Once prepared the blocks, they were mounted in an Instron 3366 universal testing machine, proceeding to the shear strenght test. Results: the adhesion of brackets to enamel was affected by the light unit used, the time during which it was applied, and the thickness of the fixing material, but not by the type of bracket used. The use of led units, during 40 seconds, generated greater strength of adhesion of brackets to enamel. As for the thickness of the material, the best adhesion results were obtained with thicknesses of 2 mm of cement. Conclusions: In the experimental conditions of this study it can be concluded that the adhesion of brackets to dental enamel would be affected by the light unit used, the time during which it is applied, and the thickness of the fixation material, not by the type of bracket used.

Key words: dental bonding, orthodontics, resin cements


  1. Auxiliar Docente de la Facultad de Odontología de la Universidad Nacional del Nordeste- Corrientes, Argentina.
  2. Auxiliar Docentede la Facultad de Odontología de la Universidad Nacional del Nordeste.Corrientes, Argentina.
  3. Becaria de Iniciación en la Investigación Tipo A de la Secretaria General de Ciencia y técnica de la Universidad Nacional del Nordeste.Corrientes, Argentina.
  4. Profesora Titular y Directora del Laboratorio de Biomateriales Dentales de la Facultad de Odontología de la Universidad Nacional del Nordeste.Corrientes, Argentina.

Autor de correspondencia: Facultad de Odontología-Universidad Nacional del Nordeste. Laboratorio de Biomateriales. Av. Libertad 5450. Código Postal 3400. Corrientes- Argentina. Mail: nataliamandri@hotmail.com

Introducción y antecedentes

La adhesión en ortodoncia ha evolucionado a través de los años. El primer aparato que se desarrolló fue el arco E 1 que se ajustaba por medio de un tornillo al diente sin utilizar ningún tipo de cemento. Posteriormente en 1912 Angle presento un aparato de pin y tubo que consistía en la colocación de bandas cementadas en los dientes. A fines de los años sesenta se investigó la posibilidad de usar cementos de resina para la fijación directa de los brackets (sin bandas), tratando la superficie del esmalte con un ácido para provocar microporosidades que permitieran la retención mecánica del agente de fijación. En la actualidad el procedimiento sigue siendo básicamente el mismo; las modificaciones sustanciales se han hecho en el polímero de fijación y en el tipo de brackets.

En cuanto al polímero de fijación, este debe cumplir con los siguientes requerimientos: biocompatibilidad, resistencia a las fuerzas aplicadas sobre la restauración, resistencia a la contracción de polimerización, a las fuerzas de contracción y expansión, así como a desarrollar una unión inmediata y duradera al diente2-4.

El grado o calidad de la polimerización del agente de fijación, es un factor especialmente crítico. Se ha comprobado que el grado de polimerización de estos materiales disminuye con el espesor del material y que además el interponer otro elemento entre la fuente luminosa y el cemento, puede contribuir a una incompleta polimerización de este, lo que iría acompañado de una disminución de las propiedades mecánicas y de un adecuado rendimiento clínico 5-7.

Actualmente se han desarrollado nuevas fuentes de luz que permiten mayor rapidez, mayor profundidad y mayor factor de conversión del material, mediante el empleo de diferentes modos o protocolos de curado8,9. Sin embargo, existen dudas de si con estos nuevos sistemas y formas de curado, se produce un mayor estrés en la zona de unión del material al diente. También es importante destacar que una adecuada fotopolimerización de los materiales adhesivos no es un fenómeno que ocurre en un momento, sino que se espera que perdure en el tiempo, por lo cual estará afectada tanto por fenómenos físicos, químicos, de degradación, así como por la acción de fuerzas mecánicas que actúan sobre el material10. La mayoría de las investigaciones relacionadas en este campo se centran en la penetración de la luz en espesores de composite, donde se han establecido parámetros de intensidad y tiempo para una correcta fotopolimerización. Sin embargo, aunque los clínicos frecuentemente utilizan la luz de polimerización a través de porcelana para polimerizar cementos de resina, existe una carencia en la investigación relacionada con las intensidades mínimas de fotopolimerización y los tiempos necesarios para polimerizar adecuadamente estos cementos adhesivos 11.

Tomando en consideración lo expuesto, el objetivo de este trabajo fue comparar la fuerza de adhesión a la superficie dental debrackets metálicos y cerámicos utilizando un cemento a base de resina, con diferentes sistemas de fotopolimerización y espesores de material (cemento).

Métodos

Se utilizaron 160 dientes anteriores (incisivos centrales y laterales), extraídos por causas periodontales o caries y sin compromiso de las superficies vestibulares coronarias.

Se distribuyeron en grupos de 10 piezas dentarias según tiempo de polimerización, intensidad lumínica y espesor de material. El cuadro a continuación muestra los grupos y variables aplicadas.

Tabla Nº I: Distribución de Grupos y Variables aplicadas
Tabla Nº I: Distribución de Grupos y Variables aplicadas
Fuente: Propia

Se armaron bloques de resina acrílica de autocurado conteniendo las piezas dentarias seleccionadas, se cementaron brackets metálicos o cerámicos según grupo experimental, con sistema de adhesión Variolink II® Ivoclar- Vivadent (según indicaciones del fabricante) y se polimerizó el material con lámparas de luz halógena y led.

Preparados los bloques se montaron en la máquina universal de ensayos mecánicos (Instron 3366), procediéndose ensayo de cizalla (Fig. 1 y 2). Las condiciones experimentales en este estudio son: célula de carga 500 N, y velocidad del test 0,5 mm/min. Los aspectos particulares del ensayo determinaron el tipo de mordazas de sujeción utilizada, el equipamiento adicional, es decir extensómetros, registradores, sistemas de computadora y el software.

Fig. 1: Bloque montado en Máquina de Ensayos INSTRON. Vista Frontal.
Fig. 1: Bloque montado en Máquina de Ensayos INSTRON. Vista Frontal.
Fuente: Propia
Fig. 2: Ensayo de cizalla en funcionamiento.
Fig. 2: Ensayo de cizalla en funcionamiento.
Fuente: Propia

Análisis Estadístico

En primer lugar, se verificó si las observaciones se distribuían normalmente, mediante la prueba de bondad de ajuste de Kolmogorov-Smirnov y el gráfico Cuantil-Cuantil. Se calcularon estadísticas descriptivas de la variable adherencia en Kgf. En las distintas combinaciones de los niveles de los factores tratamiento en estudio. Los datos se analizaron mediante un Análisis de Variancia en un experimento factorial cruzado 2x2x2x2. Se probaron 4 factores causales de variación, cada uno de ellos a dos niveles. Estos factores y niveles fueron los siguientes:

Tabla Nº II: Análisis de Variancia- Experimento Factorial cruzado 2x2x2x2
Tabla Nº II: Análisis de Variancia- Experimento Factorial cruzado 2x2x2x2
Fuente: Propia

Se realizaron 10 repeticiones para cada combinación de niveles de los factores tratamiento. En todas las pruebas se trabajó con un nivel de significación α=0,05

Resultados

Se aceptó la normalidad de los residuales de la variable adherencia en Kgf, (D=0,11 p=0,0512) El gráfico Cuantil-Cuantil también muestra que los datos se distribuyen normalmente, ya que las observaciones se encuentran en general sobre la línea bisectriz del 1er. Cuadrante, mostrando que los cuantiles teóricos coinciden en general con los observados en el experimento. (Tabla III, Gráfico 1)

Tabla III: Adherencia en Kgf. Prueba de bondad de ajuste de Kolmogorov-Smirnov
Tabla III: Adherencia en Kgf. Prueba de bondad de ajuste de Kolmogorov-Smirnov
Fuente: Propia
Gráfico 1: Residuos de Adherencia en Kgf. Gráfico Cuantil-Cuantil sobre residuales
Gráfico 1: Residuos de Adherencia en Kgf. Gráfico Cuantil-Cuantil sobre residuales
Fuente: Propia

Se observó que no existen diferencias estadísticamente significativas entre brackets metálicos o cerámicos pero sí en intensidad lumínica, tiempo de polimerización y espesor del material. (Tabla IV).

Tabla IV. Cuadro de Análisis de la Variancia
Tabla IV. Cuadro de Análisis de la Variancia
Fuente: Propia

Mediante la prueba de comparaciones múltiples DGC y considerando cada factor individualmente se observa que no se registraron diferencias estadísticamente significativas entre brackets metálicos y cerámicos. (Tabla V, Gráfico 2) lo cual confirma el resultado obtenido por el Análisis de Variancia realizado.

Tabla V: Prueba de comparaciones múltiples DCG
Tabla V: Prueba de comparaciones múltiples DCG
Fuente: Propia
Gráfico 2: Promedios según tipo de brackets
Gráfico 2: Promedios según tipo de brackets
Fuente: Propia

La adherencia con Led fue superior que con lámpara halógena (Tabla VI, Gráfico 3)

Tabla V: Prueba de comparaciones múltiples DCG
Tabla V: Prueba de comparaciones múltiples DCG
Fuente: Propia
Gráfico 2: Promedios según tipo de brackets
Gráfico 2: Promedios según tipo de brackets
Fuente: Propia

La adherencia con Led fue superior que con lámpara halógena (Tabla VI, Gráfico 3)

Tabla VI: Prueba de comparaciones múltiples DCG
Tabla VI: Prueba de comparaciones múltiples DCG
Fuente: Propia
Gráfico 3: Promedios según tipo de tipo de unidad lumínica
Gráfico 3: Promedios según tipo de tipo de unidad lumínica
Fuente: Propia

Asimismo, aplicando un espesor de 2 mm del agente de fijación la adherencia fue superior que aplicando un espesor de 1 mm. (Tabla VII, Gráfico 4)

Tabla VII: Prueba de comparaciones múltiples DCG
Tabla VII: Prueba de comparaciones múltiples DCG
Fuente: Propia
Gráfico 4: Promedios según espesor
Gráfico 4: Promedios según espesor
Fuente: Propia

De igual manera, la adherencia fue superior cuando el tiempo de polimerización fue de 40 segundos que cuando fue de 20 segundos. (Tabla VIII, Gráfico 5)

Tabla VIII: Prueba de comparaciones múltiples DCG
Tabla VIII: Prueba de comparaciones múltiples DCG
Fuente: Propia
Gráfico 5: Promedios según tiempo de polimerización
Gráfico 5: Promedios según tiempo de polimerización
Fuente: Propia

Analizando ahora las combinaciones de los factores en estudio tomados de a dos. Se observo que al combinar bracketsy Unidad lumínica no se encontraron diferencias en la adherencia promedio (Tabla IX, Gráfico 6)

Tabla IX: Prueba de comparaciones múltiples DCG
Tabla IX: Prueba de comparaciones múltiples DCG
Fuente: Propia
Gráfico 6: Promedios según tipo de brackets y unidad lumínica
Gráfico 6: Promedios según tipo de brackets y unidad lumínica
Fuente: Propia

En la combinación de brackets y tiempo de polimerización se observó que la combinación de brackets metálicos con 20 segundos de exposición registró en promedio una adherencia inferior a las otras combinaciones (Tabla X, Gráfico 7)

Tabla X: Prueba de comparaciones múltiples DCG
Tabla X: Prueba de comparaciones múltiples DCG
Fuente: Propia
Gráfico 7: Promedios según tipo de brackets y tiempo de polimerización
Gráfico 7: Promedios según tipo de brackets y tiempo de polimerización
Fuente: Propia

En la combinación de brackets y espesor del agente de fijación, se observó que la mejor adherencia en promedio la registró la combinación de brackets cerámicos con 2 mm de espesor (Tabla XI, Gráfico 8)

Tabla XI: Prueba de comparaciones múltiples DCG
Tabla XI: Prueba de comparaciones múltiples DCG
Fuente: Propia
Gráfico 8: Promedios según tipo de brackets y espesor del material de fijación
Gráfico 8: Promedios según tipo de brackets y espesor del material de fijación
Fuente: Propia

En la combinación de Unidad Lumínica y tiempo, se observó que el más bajo desempeño lo registró la combinación de lámpara con 20 segundos de fijación (Tabla XII, Gráfico 9)

Tabla XII: Prueba de comparaciones múltiples DCG
Tabla XII: Prueba de comparaciones múltiples DCG
Fuente: Propia
Gráfico 9: Promedios según unidad lumínica y tiempo de polimerización
Gráfico 9: Promedios según unidad lumínica y tiempo de polimerización
Fuente: Propia

En la combinación de Unidad lumínica y Espesor en mm. la mejor adherencia promedio la registró la combinación de led con 2 mm de espesor. (Tabla XIII, Gráfico 10)

Tabla XIII: Prueba de comparaciones múltiples DCG
Tabla XIII: Prueba de comparaciones múltiples DCG
Fuente: Propia
Gráfico 10: Promedios según unidad lumínica y espesor de agente de fijación
Gráfico 10: Promedios según unidad lumínica y espesor de agente de fijación
Fuente: Propia

Analizando ahora las combinaciones de los factores en estudio tomados de a tres, se observó que en la combinación de brackets, unidad lumínica y tiempo todas las combinaciones de niveles de estos tres factores no registraron diferencias entre sí, a excepción de la combinación brackets metálicos con lámpara en 20 segundos de fijación. (Tabla XIV, Gráfico 12)

Tabla XIV: Prueba de comparaciones múltiples DCG
Tabla XIV: Prueba de comparaciones múltiples DCG
Fuente: Propia
Gráfico 12: Promedios según tipo de brackets, unidad lumínica y tiempo
Gráfico 12: Promedios según tipo de brackets, unidad lumínica y tiempo
Fuente: Propia

En la combinación de brackets, tiempo y espesor se obtuvieron 2 grupos de combinaciones de tratamientos. El grupo de peor adherencia estaba formado por brackets metálicos, a 20 segundos y con 1 y 2 mm de espesor y brackets cerámicos con 1 mm de espesor. (Tabla XV, Gráfico 13)

Tabla XV: Prueba de comparaciones múltiples DCG
Tabla XV: Prueba de comparaciones múltiples DCG
Fuente: Propia
Gráfico 13: Promedios según tipo de brackets, tiempo de polimerización y espesor
Gráfico 13: Promedios según tipo de brackets, tiempo de polimerización y espesor
Fuente: Propia

En la combinación de Unidad lumínica, tiempo y espesor se observó que las tres combinaciones de bajo desempeño eran: lámpara halógena y también led con 20 segundos y 1 mm, y lámpara halógena con 20 segundos y 2 mm de espesor. (Tabla XVI, Gráfico 14)

Tabla XVI: Prueba de comparaciones múltiples DCG
Tabla XVI: Prueba de comparaciones múltiples DCG
Fuente: Propia
Gráfico 14: Promedios según unidad lumínica, tiempo de polimerización y espesor
Gráfico 14: Promedios según unidad lumínica, tiempo de polimerización y espesor
Fuente: Propia

Finalmente, al analizar las combinaciones de niveles de los cuatro factores en estudio considerados conjuntamente se observó que existen dos grupos netamente diferenciados Un grupo de mejor adherencia formado por 11 combinaciones de niveles de los factores y un grupo de baja adherencia formado por 5 combinaciones. (Tabla XVII)

Tabla XVII: Prueba de comparaciones múltiples DCG
Tabla XVII: Prueba de comparaciones múltiples DCG
Fuente: Propia

Discusión

Desde hace varios años atrás la Ortodoncia ha buscado satisfacer las necesidades de la gran mayoría de pacientes introduciendo tratamientos no sólo más efectivos sino también más estéticos que cumplan con todos los objetivos planteados por el especialista pero que también mejoren la apariencia de la sonrisa mientras se llevan aparatos fijos.

Se considera importante desde el punto de vista biomecánico que los brackets utilizados para el tratamiento se mantengan estables en su posición durante el mayor tiempo posible y es por esto que los fabricantes buscan mejorar las características de los mismos y sistemas adhesivos, para lograr una adhesión exitosa, teniendo en cuenta la preservación de los tejidos dentarios.

En la interfase (esmalte-material de fijación -bracket) es donde se generan las mayores tensiones y, por consiguiente, es el lugar donde se producen los fracasos. Por este motivo, se decidió estudiar la combinación de brackets y cemento (con diferentes modos de fotopolimerización y distintos espesores de material), mediante un ensayo de cizalla.

Ortiz et al.12 sostienen que sobre los dientes actúan continuamente fuerzas de cizalla, es decir, con componentes de tracción, torsión y presión, actuando así, fuerzas paralelas a la base de los brackets. Las fuerzas de cizalla son las más frecuentes, lo que favorece el de cementado de los brackets, alargando la duración del tratamiento de ortodoncia, de ahí la importancia del estudio de los factores que participan en el proceso de decementado de los brackets. Se acuerda con estos autores que la prueba más específica es la de cizalla o resistencia adhesiva al corte.

Se coincide también en que la carga debe ir de forma paralela a la interface y que el punto de aplicación de la fuerza puede ser realizado a la altura de la base o de la ranura. En esta última tendría mayor repercusión clínica (ya que es el lugar en el cual se liga el alambre y se realiza la fuerza en el bracket). De los resultados obtenidos tiene mayor incidencia clínicarealizar los ensayos a la altura de la ranura ya que es el lugar en el cual serealizará la fuerza o carga cuando se liga el alambre.

Una investigación realizada por Correr et al.13 demostró que el modo de activación de los cementos utilizados para la fijación de los brackets influye en la resistencia del cizallamiento. Los materiales de unión activados químicamente mostraron una resistencia de unión por cizallamiento mayor que la de los fotopolimerizados. Estos autores aconsejan, además, ser cuidadosos durante los procedimientos de unión, independientemente de los materiales de unión utilizados y recomiendan la realización de ensayos utilizando diferentes fuentes de luz y tiempos de polimerización.

En el presente estudio se utilizaron dos tipos de fuentes lumínicas y dos tiempos para la polimerización del cemento adhesivo. Comparativamente los mejores resultados de adhesión se obtuvieron con la utilización de Lámpara led y mayor tiempo de polimerización.El elemento fotoiniciador de la reacción de polimerización más comúnmente utilizado en las resinas compuestas es la Canforquinona14,15. Ésta absorbe energía a un espectro de luz visible entre 400 y 500nm., con un peak ideal de 468nm. Este valor coincide con el espectro emitido por las Lámparas LED, lo que les daría a éstas una mayor eficiencia en la fotoactivación en comparación con la Lámpara halógena convencional y, por lo tanto, una polimerización más completa independientemente del tiempo de exposición lumínica16,17.

Reddy et al.18 en una investigación denominada TheShear Bond Strengths of Metal and CeramicBrackets: An in-Vitro ComparativeStudy, expusieron un estudio comparado de las fuerzas de resistencia adhesiva de brackets cerámicos y brackets metálicos. El ensayo se realizó con cuarenta primeros premolares humanos superiores recién extraídos que fueron seleccionados para la unión, se unieron igualmente con brackets cerámicos (Transcend serie 6000) y brackets metálicos (Mini Dynalockbrackets de arco recto). Un No-mix OrthodonticAdhesiveSystem se utilizó como sistema adhesivo ortodóntico. La resistencia adhesiva al corte fue medida mediante el uso de una máquina universal Instron. Los resultados de resistencia adhesiva al corte fueron significativamente mayores para el grupo de cerámica (20,68 ± 3,89MPa), en comparación con los del grupo de soporte de metal (12,15 ± 1,32MPa). Prueba t de Student mostró una diferencia significativa en la media de la fuerza de adhesión de corte entre los dos grupos (p<0,05). Como conclusión plantean que la resistencia al cizallamiento de los brackets de cerámica era superior a la de los brackets metálicos. Estos resultados concuerdan con los obtenidos en nuestro estudio en el cual se comparó brackets metálicos y cerámicos.

Los estudios in vitro que analizan la fuerza adhesiva sobre los dientes son útiles y necesarios. Sin embargo, es menester aclarar que los estudios in vitro tienen sus ventajas y sus limitaciones para la evaluación de los sistemas adhesivos. Por un lado, su mayor ventaja es que solamente en un entorno in vitro, se logra obtener las condiciones óptimas y el aislamiento absoluto requerido para la adhesión de brackets. Pero, por otro lado, existen una serie de parámetros con respecto al ambiente oral que no pueden ser reproducidas en esta clase de experimentos. Por ejemplo, en los estudios in vitro no se puede imitar o representar el estrés generado por los arcos ante las fuerzas oclusales, variación del pH o temperatura, ni la existencia de la complejidad de la microflora oral y sus subproductos19.

Por este motivo, y debido a que no se han encontrado mayor cantidad de estudios de similares características, se considera necesario complementar el presente trabajo con la realización de evaluaciones in vivo para resultados concluyentes.

Conclusiones

En las condiciones experimentales de este trabajo puede concluirse que la adhesión de brackets a esmalte dentario se vería afectada por la unidad lumínica utilizada, el tiempo durante el cual se la aplica, y el espesor de material de fijación, no así por el tipo de bracket utilizado.

La utilización de unidades de curado led (potencia 1400 mW/cm2), durante 40 segundos de aplicación, generaría mayor fuerza de adhesión de brackets a esmalte.

En cuanto al espesor del material de fijación se obtuvieron los mejores resultados de adhesión con espesores de 2 mm de cemento a base de resina.

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