Avaliação mecânica de três tipos de parafusso de fixação de abutments sobreimplantes: "estudo in vitro"
Parte 1
/ARTIGO%20DENTISTA%20RP11%20C1.jpg) RESUMOEstudos longitudinais mostram que as maiores complicações das próteses sobre implantes de hexágono externo estão relacionadas ao afrouxamento dos parafusos de fixação. Este trabalho examinou o comportamento de três tipos de parafusos disponíveis no mercado, de titânio (Ti), de liga de ouro (G) e de liga de ouro revestido com ouro puro (Gt). Foram avaliados 20 parafusos de cada grupo, sendo subdivididos em dois grupos, fixados com 32N/cm sobre abutments em implantes inclinados em 15º. No primeiro grupo foram avaliados após 5 apertos/ desapertos dos parafusos com um torquímetro digital e os valores do ângulo de rotação, cálculo da pré-carga e valores de destorque dos parafusos foram registrados. O segundo grupo foi submetido a 1.000.000 de ciclos de força de 140N/cm, o equivalente a 1 ano de mastigação in vivo e registrado os valores de destorque após a remoção dos parafusos pelo mesmo torquímetro. Os resultados mostram o maior ângulo de rotação no primeiro aperto/ desaperto dos parafusos, em média 24,50º (Ti), 32,10º (G) e 35,90º (Gt); os maiores valores da pré-carga foram obtidos para os Grupos Gt e G, significativamente maiores que o Ti e na razão inversa para os valores do destorque, ou seja, o Grupo Ti foi significativamente maior que os outros dois grupos.
Após o teste de fadiga o Grupo Ti apresentou os maiores valores para o destorque em relação aos demais grupos. Os maiores valores de ângulo de rotação e pré-carga dos parafusos de liga de ouro com e sem revestimento não foram suficientes para a manutenção da pré-carga após um ano de mastigação in vivo, quando comparados a maior resistência a tração e atrito produzido nos parafusos de titânio após aperto com 32N/cm.
PALAVRAS-CHAVE: Próteses e implantes, biomecânica, fadiga, parafuso
INTRODUÇÃO
A odontologia teve no século XX uma grande revolução na esfera da reabilitação bucal dos pacientes parcial ou totalmente desdentados e as próteses sobre implantes se tornaram populares na clínica. A possibilidade e a freqüência dos problemas que podem ser encontrados após os implantes estarem em funcionamento devem ser conhecidos pelo paciente e pelo cirurgião-dentista para um planejamento adequado do número de implantes a serem instalados, seleção adequada de componentes e da coroa protética. Entre as complicações mais comuns nas próteses parciais e totais fixas temos o relato de problemas com a estrutura protética e principalmente fratura ou afrouxamento do parafuso de fixação do abutment ou da coroa protética (Jemt et al., 1992;34 Naert et al., 1992;40 Tolman & William, 1992;54 Carlson & Gunnar, 1994;11 Gunne et al., 1994;23 Kallus & Bessing, 1994;37 Walton & MacEntee, 1994;55 Eckert & Wollan, 1998;16 Wyatt & Zarb, 1998;59 Wennerberg & Jemt, 1999).58 Nas próteses unitárias, a maioria das complicações envolve a integridade da junta parafusada abutment/implante, que incluem problemas nos tecidos moles, fratura do parafuso e mais freqüentemente o afrouxamento do parafuso do abutment (Jemt et al., 1990;33 Jemt et al., 1991;35 Ekfeldt et al., 1994;17 Becker & Becker, 1995;4 Engquist et al., 1995;18 Haas et al., 1995;26 Henry et al., 1996;28 Andersson et al., 1998;3 Scheller et al., 1998).46
O parafuso do 0 pode ser entendido como uma mola estirada, sendo que uma parte da junta está comprimida (abutment/implante) e outra parte está estirada (parafuso). A tensão criada no parafuso quando apertada é conhecida como pré-carga (preload) (Shigley, 1984).47 A maioria dos componentes da junta parafusada sofre deformação elástica, embora alguma deformação plástica pode ocorrer nas interfaces dos filetes de rosca. A quantidade de pré-carga ideal depende do limite de resistência ao escoamento da liga do parafuso, desenho do parafuso e das cargas oclusais que a junta é submetida (Binon, 2000).6 Na maioria das aplicações industriais, a pré-carga recomendada não ultrapassa 75% do limite de resistência ao escoamento da liga utilizada na fabricação do parafuso para prevenir deformação plástica do mesmo. Haack et al. (1995).25 mostraram que o parafuso de ouro apertado a 32N/cm apresentou uma deformação elástica 57,5% menor que o limite de resistência ao escoamento da liga e o parafuso de titânio apertado a 20N/cm ficou em 56% deste mesmo limite. Binon (2000).6 revela que a pré-carga para parafusos de titânio apertados em 35N/ cm está em torno de 400N, o que representa 32% de seu limite de resistência ao escoamento. Isto, devido ao desgaste adesivo (galling) que ocorre entre dois materiais semelhantes durante contato de deslizamento. Já os parafusos de liga de ouro atingem pré-cargas próximas de 75% do seu limite de escoamento, devido ao seu baixo coeficiente de fricção
Vários fatores podem afetar a pré-carga e a estabilidade na junta, como o desenho do parafuso (Jörnéus et al., 1992;36 Binon et al., 1994;9 Binon, 2000).7 tipo de liga (Haack et al., 1995;25 Jaarda et al., 1995;31 Jaarda et al., 1996;32 Rambhia et al., 2002;44 Martin et al., 2001),38 quantidade de torque aplicado (McGlumphy, 1994),39 relacionados ao operador e dispositivo utilizado para gerar torque (Jaarda et al., 1993;29 Goheen et al., 1994;20 Dellinges & Curtis, 1996;15 Gutierrez et al., 1997;24 Gross et al., 1999;22 Pesun et al., 2001;42 Tan & Nicholls, 2001),52 velocidade de aperto do operador ou do dispositivo (mecânico ou eletrônico) (Standlee & Caputo, 1999),50 processo de fabricação dos parafusos (Jaarda et al., 1994),30 rugosidade das superfícies (Rambhia et al., 2002),44 presença de lubrifi cante no parafuso (Hagiwara & Ohashi, 1994;27 Robb & Porter, 1998;46 Porter & Robb, 1998),43 fadiga do parafuso (Patterson et al., 1995;41 Binon & McHugh, 1996;8 Gratton et al., 2001),21 liberdade rotacional (Binon & McHugh, 1996;8 Binon, 1996),5 tipo e desenho do abutment utilizado (Carr et al., 1993;13 Carr et al., 1996;12 Aboyoussef et al., 2000;1 Cibirka et al., 2001;14 Tan & Nicholls, 2002;53 Standlee et al., 2002),51 número de vezes que o parafuso é apertado/desapertado para fixação do abutment (Weiss et al., 2000;57 Al Rafee et al., 2002),2 e cargas oclusais (Sakaguchi & Borgersen, 1993;47 Weinberg & Kruger, 1995).56
A pré-carga é gerada pelo aperto do parafuso e se inicia quando as superfícies do abutment e do implante se encontram. A operação de aperto envolve a aplicação de torque. O torque aplicado e a pré-carga, segundo Burguete et al. (1994),10 são indiretamente proporcionais porque recebem a influência de forças de fricção entre os filetes de rosca e sob a cabeça do parafuso. O coefi ciente de fricção é dependente da dureza das roscas, acabamento das superfícies, quantidade e propriedade dos lubrificantes e velocidade de aperto. Recentemente, num esforço para reduzir a resistência friccional e aumentar a pré-carga, lubrificantes secos aplicados a superfície dos parafusos foram desenvolvidos, os mais notáveis são o parafuso TorqTite (Nobel Biocare, USA, Yorba Linda, Calif.), com uma camada de Teflon revestindo um parafuso de liga de titânio e o parafuso Gold-Tite (3i Implant Innovations, USA, West Palm Beach, Fla.), com uma camada de ouro puro de 0,76μm revestindo um parafuso de liga de ouro. O objetivo deste estudo é analisar mecanicamente três tipos de parafusos disponíveis no mercado, de materiais e superfícies modificadas sob o mesmo torque aplicado e analisar, na primeira parte deste trabalho, o ângulo de rotação dos parafusos, calcular a pré-carga desenvolvida e medir o destorque após remoção dos parafusos, usando o protocolo de Martin et al. (2001),38 e na segunda parte analisar o valor de destorque após simulação de carga de 1 ano de uso. Os valores de destorque dos dois grupos foram comparados e analisados.
MATERIAL E MÉTODO
Foram utilizados 60 implantes (Implant Innovations - OSS 415), de 4mm de diâmetro por 15mm de comprimento com a plataforma regular, fi xados por uma tampa de nylon em um recipiente plástico de 31mm de diâmetro em uma inclinação de 15 graus, onde foi vazada uma resina do tipo poliéster. Os corpos de prova apresentavam 21mm de comprimento por 29,6mm de diâmetro Após a polimerização da resina a superfície interna e o hexágono do implante foram avaliados em um microscópio óptico Leica Zoom 2000 para limpeza das mesmas. Sobre cada corpo de prova foi fi xado aleatoriamente um abutment (Implant Innovations - Prep Tite APP454 G), e divididos em dois grupos. Cada grupo apresentava 10 parafusos de titânio, 10 parafusos de liga de ouro e 10 parafusos de liga de ouro com revestimento, fornecidos pela 3i Implant Innovations. O Grupo 1 foi analisado após torque de 32N.cm e o Grupo 2 após torque de 32N/cm e simulação de fadiga. Doravante, os parafusos de titânio serão chamados de Ti, os de liga de ouro de G e os parafusos revestidos de Gt. Para análise do ângulo de rotação do Grupo 1, foi construído um dispositivo metálico de alumínio de 43mm de diâmetro para encaixar sobre os corpos de prova, com um orifício de 12mm ao centro para não haver contato com o abutment. Em sua superfície está inserido um transferidor com 360 graus de medida..
Uma ponteira foi confeccionada em alumínio e adaptada a chave de fixação do parafuso do abutment, fornecida pelo fabricante. A finalidade desta ponteira é medir a rotação do parafuso sob aplicação de torque de aperto (Figs. 1 e 2).
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Figura 1: Corpo de prova com implante inclinado em 15 graus
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Figura 2: Medida do ângulo da rotação do Grupo 1
Cada corpo de prova teve o parafuso apertado e desapertado 5 vezes para registro do ângulo de rotação, cálculo da pré-carga e medida do destorque. Apenas 1 operador foi responsável pelo aperto/desaperto dos parafusos usando o torquímetro digital (Mark 10 Corp, Hicksville, N.Y.). Os parafusos eram apertados inicialmente em 5N/cm. Com esta pré-carga a ponteira foi alinhada na marca de 0 graus com o transferidor. Depois, o parafuso do abutment foi apertado até 32N/cm e registrado o primeiro ângulo de rotação.
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Figura 3: Máquina MTS para ciclagem dos corpos de prova
Após um período de 5 minutos, aguardando o relaxamento da tensão no parafuso de fixação, a ponteira foi zerada novamente e novo torque de 32N/cm aplicado no parafuso e o registro do segundo ângulo de rotação foi feito. Neste momento o parafuso foi desapertado e os valores do torque de remoção foram registrados e utilizados para o cálculo da pré-carga usando-se a equação de Hagiwara & Ohashi (1994),27 onde a única variável neste trabalho foi o torque de desaperto.
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Para o teste de fadiga do Grupo 2, duas bases metálicas em alumínio foram confeccionadas para fixação dos corpos de prova. A base inferior do dispositivo foi construída com diâmetro de 200mm por 38mm de espessura. Foram confeccionados 10 furos com diâmetro de 30,4mm para receberem 10 corpos de prova de cada vez. Na lateral da base foram colocados parafusos para impedir a movimentação horizontal dos corpos de prova durante o ensaio. Na porção inferior da base foi desenvolvido um dispositivo que permitia levantar e abaixar cada corpo de prova para que todos tocassem simultaneamente a base superior. A base superior também foi fabricada em alumínio com espessura de 20mm e era lisa. Os abutments foram fixados com seus respectivos parafusos por uma chave digital até o operador sentir o contato entre as superfícies do abutment e do implante.
Neste momento 10 corpos de prova foram posicionados na base metálica inferior e fixados pelo parafuso lateral e um torque de 32N/cm foi aplicado. Após 5 minutos de espera os parafusos foram reapertados sob o mesmo torque. Este grupo foi analisado em uma máquina MTS 458-20 (Material Testing System, USA), em um ambiente com temperatura de 21,9C e umidade relativa do ar de 63%. e submetidos a uma carga de 140N com freqüência de 50Hz (Figs.3 e 4), o que representa uma carga aproximada em molares unitários sobre implantes com o uso de alimentos macios, segundo Richter (1995).45 Esta carga foi aplicada em um plano inclinado no abutment gerando uma força binária, com 1.000.000 de ciclos, o que representa o equivalente a 1 ano de uso em boca, segundo Gibbs et al. (1986).19 A cada 100.000 ciclos foi testada a relação de contato entre base superior e os corpos de prova com um multímetro digital Minipa 3½ Dígitos, Mod ET2070 e assim sucessivamente até o término do ensaio. No primeiro ensaio foram testados 4 parafusos Ti, 3 parafusos G e 3 parafusos Gt. No segundo ensaios foram 3 parafusos Ti, 4 parafusos G e 3 parafusos Gt e por último 3 parafusos Ti, 3 parafusos G e 4 parafusos Gt. Após a ciclagem cada parafuso de fixação foi removido e o torque de remoção registrado pelo torquímetro digital foi anotado.
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Figura 4: Análise do contato entre abutment-base superior da máquina MTS a cada 100 mil ciclos
Para avaliação do ângulo de rotação, destorque e pré-carga, segundo o tipo de parafuso do Grupo 1 a metodologia utilizada foi ANOVA com medidas repetidas com dois fatores, sendo um fator o tempo com 5 níveis (5 apertos/ desapertos) e o outro fator sendo o tipo de parafuso (Ti, G e Gt). O Grupo 2 também foi analisado pela metodologia ANOVA e o segundo passo foi comparar os dois grupos em relação ao destorque através do teste t-Student. Os processamentos foram realizados através do programa SPSS for Windows versão 8.0.
Aluno do Curso de Pós-Graduação em Odontologia, Área de Concentração em Implantodontia, da faculdade de Odontologia da UNESP - Araçatuba.
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