DISCIPLINA DE BIOMECÂNICA PARA BIOCIENTISTAS

TRABALHO FINAL

ALUNOS: Claudia Machado de Almeida Mattos

Ricardo Luiz de Barreto Aranha

1. TÍTULO: AVALIAÇÃO DA ASSOCIAÇÃO ENTRE CORROSÃO E DIMINUIÇÃO

DA RESISTÊNCIA A FRATURA DE UM PINO INTRA-RADICULAR METÁLICO

FUNDIDO.

2. INTRODUÇÃO:

2.1. PINOS INTRA-RADICULARES

A destruição coronária de um dente por cárie, restaurações deficientes ou trauma muitas

vezes requer tratamento endodôntico, que, quando realizado de modo correto tem

contribuído para a manutenção de um número considerável de dentes, antes considerados

perdidos. Porém, o tratamento endodôntico somente não restaura a anatomia e a função do

dente, que ainda necessita ter sua coroa reconstruída. A reconstrução coronária destes

dentes requer a confecção de próteses unitárias, em geral, coroas metalocerâmicas.

Entretanto, é necessário criar meios de retenção para estas coroas, já que estes dentes

geralmente não apresentam estrutura coronária suficiente. É necessário portanto buscar

retenção dentro do canal radicular, através de pinos. Com esta finalidade, são

confeccionados os núcleos metálicos fundidos, que possuem um pino intra-canal e uma

porção coronária para retenção da coroa (Fig. 01).

Estes núcleos metálicos fundidos podem ser confeccionados em diversas ligas

metálicas, preferencialmente as ligas de ouro, mas as ligas não preciosas de níquel-cromo e

cobre-alumínio são muito utilizadas devido ao seu baixo custo. Independente da liga a ser

utilizada, existem várias normas que devem ser respeitadas durante a confecção destes

núcleos, entre elas as dimensões do pino (comprimento, diâmetro, forma da secção

transversal). O não cumprimento destas normas pode implicar no fracasso da restauração,

entre outras razões, por fratura do remanescente radicular ou do pino.

1

A fratura de um pino metálico fundido pode ocorrer devido a várias razões, como

falhas no processo de fabricação (fundição), defeitos originados nos procedimentos de

acabamento e polimento, em decorrência da corrosão, força excessiva ou ainda devido ao

inadequado dimensionamento do pino intrarradicular.

O diâmetro do pino é um parâmetro importante, uma vez que um pequeno aumento

no diâmetro do pino aumenta a sua resistência à tração3 e à fadiga14. Tem-se sugerido que o

pino deve possuir pelo menos 1mm de diâmetro em sua extremidade apical, para que

o metal apresente resistência satisfatória13. Considerando-se a equação tensão = força/área

(σ = F/A), quanto maior for o diâmetro do pino, maior será a área da secção transversal e

conseqüentemente menor a tensão gerada. Porém, um diâmetro muito grande poderia

comprometer a resistência do dente, uma vez que a diminuição da quantidade de dentina

promove também uma diminuição na capacidade do dente em resistir à fratura 1,6,7,17,19.

Desta forma, o diâmetro do pino está associado ao diâmetro da raiz, não permitindo

grandes interferências no seu dimensionamento. Do mesmo modo as forças mastigatórias

não podem ser modificadas, restando, portanto, como alternativa para aumentar a

resistência do pino, a seleção correta da composição da liga e de processos de moldagem e

fundição precisos.

Fig. 01: Dente endodonticamente tratado, restaurado através de um núcleo metálico fundido e uma coroa metalocerâmica (Adaptado de Shillingburg & Kessler)15.

2

2.2. LIGAS ODONTOLÓGICAS X CORROSÃO NO MEIO BUCAL

Sistemas metálicos têm sido aplicados na odontologia por mais de cem anos.

De modo geral, a maioria destas aplicações atingiu um significante grau de

sucesso clínico, de maneira que um grande número de pacientes tem feito uso de

restaurações metálicas por muito tempo9.

Metais e ligas metálicas utilizados no meio bucal devem resistir à umidade e

às alterações de temperatura e de pH que ocorrem durante o processamento dos

alimentos. Na odontologia, alguns dos principais fatores que influenciam na

seleção de materiais metálicos são a biocompatibilidade, as propriedades

mecânicas e a resistência à corrosão8.

A corrosão de um metal ou liga ocorre quando elementos em sua

composição são ionizados. Desta forma, elementos inicialmente sem carga

perdem elétrons e se tornam íons positivos que são liberados nas soluções. A

corrosão é uma propriedade química que interfere em outras propriedades da

liga, como resistência e biocompatibilidade20.

Uma liga é a mistura de dois ou mais metais, e as ligas odontológicas

apresentam uma composição diversa e complexa, a maioria delas desenvolvidas

com o objetivo de substituir o Ouro devido ao seu alto custo20. As ligas a base de

Cobre e Alumínio contêm até 87% de Cobre, e apresentam baixa resistência a

corrosão. A corrosão pode ser ainda maior quando duas ligas diferentes são

colocadas em contato na cavidade oral (corrosão galvânica)9, como é o caso de

pinos intra-radiculares de Cu-Al sob coroas metálicas a base de Ni-Cr.

DI GIROLAMO NETO & BOMBANA (1993)4, estudando a corrosão da

liga de Cu-Al (Duracast MS®), observaram alterações no equilíbrio de sua

composição, oscilando os valores iniciais de Cobre e Alumínio em relação ao

controle e aos tempos finais do experimento. Demonstraram ainda que os níveis

de degradação variam, quando da aplicação de carga sobre as amostras.

3. PROPOSIÇÃO:

Baseando-se em um caso clínico, este trabalho se propõe a avaliar, de forma

quantitativa, a possibilidade de fratura de um pino metálico fundido em liga de

Cu-Al (Duracast MS®) como conseqüência da perda da resistência à fratura

devido à corrosão, através da diminuição da área transversal.

4. MATERIAL E MÉTODOS

Sabe-se que a área da secção transversal de um pino é um fator importante

para sua resistência à fratura, pois está diretamente relacionada às tensões

geradas pela força mastigatória naquela região (σ = F/A). Sabe-se ainda que a

corrosão é responsável por perda da estrutura da liga, o que resultaria em

diminuição da área da secção, e conseqüentemente da sua resistência à fratura.

Conhecendo-se o coeficiente de corrosão da liga de Cobre e Alumínio e seu

comportamento no meio bucal, pode-se estimar a quantidade de perda de

estrutura de um pino metálico ao longo de um determinado tempo de uso, e

conseqüentemente, estimar a diminuição da resistência à fratura em função da

corrosão ao longo deste tempo.

4.1. AMOSTRA

Um pino metálico fundido a base de Cu-Al ((Duracast MS®), confeccionado

em um pré-molar inferior, apresentando fratura em sua porção radicular foi

analisado. O pino foi removido do dente após sua extração devida à fratura

radicular subseqüente à fratura do pino (Fig. 02a-d).

Fig. 02: (a) Fratura da raiz do 2o pré-molar inferior (observe a seta verde mostrando que a trinca no pino do 1o pré-molar já estava presente). (b) Fratura da raiz do 1o pré-molar provavelmente em conseqüência da fratura do pino, 01 mês depois da extração do2o pré-molar. (c) 1o pré-molar após extração; (d) Pino lingual fraturado.

O núcleo foi confeccionado a partir da fundição de uma liga odontológica de Cobre e

Alumínio (Duracast MS). Esta liga foi desenvolvida no Brasil durante o período de 1972-

80 e em maio de 1980 foi introduzida no mercado16 com a intenção de baratear o custo das

restaurações metálicas (Fig. 03).

Fig. 03: Apresentação comercial da liga Duracast MS (Cobre e Alumínio) para fundição5.

Sua composição básica consiste em 10% de alumínio e 80% de cobre, estando

também presentes outros elementos, tais como Mn, Fe, Zn, Ni e Sn10 (Quadro 01).

Liga Fabricante Elementos Cu Al Zn Ni Fe Mn

Idealloy Metaloy 88.9 9,7 - 1,03 - -Duracast D. Gaúcho 80,8 9,2 - 3,8 4,2 1,6Goldent Aje 77,0 4,5 12,8 5,6 - -Orcast Vigodent 70,7 6,0 14,0 5,0 0,2 0,7Maxicast Zanardo 78,2 10,8 0,88 3,3 4,35 -

Quadro 01 – Algumas ligas de cobre/alumínio e suas composições (Adaptado de Galan Jr. )5

Estas ligas são indicadas para restaurações unitárias, núcleos metálicos fundidos e

próteses fixas metaloplásticas5. No entanto, devido a sua alta contração de fundição e seu

potencial corrosivo, não deveriam ser utilizadas em trabalhos de precisão, nem mesmo em

pinos intrarradiculares5.

4.2. PROCEDIMENTOS

Medição do diâmetro da secção fraturada

Assumindo-se que a força mastigatória média se manteve constante ao

longo do tempo, baseando-se na variação da área transversal em

conseqüência da corrosão e no coeficiente de corrosão da liga, comparar

a tensão inicial (σi) e com a tensão final (σf).

A mastigação resulta da ação de forças musculares, ou seja, da contração dos

músculos do sistema mastigatório. As forças mastigatórias são difíceis de serem

caracterizadas, em função de sua grande variabilidade intra e inter-indivíduos, e da

dificuldade de se realizar medições in vivo. A magnitude da força mastigatória varia de

acordo com o sexo, o tipo facial do indivíduo, a relação entre os arcos dentais, a presença

ou não de dentes naturais, a localização do dente e o tipo de alimento11. Da mesma forma,

a direção das forças tem grande variabilidade, pois o movimento mastigatório desenvolve

forças em todas as direções, e estas forças, por sua vez, são distribuídas através da coroa e

da raiz do dente de acordo com o plano (superfície oclusal) em que atuam.

Deste modo, os esforços que atuam sobre o pino de um núcleo metálico fundido

incluem todos os esforços gerados pelas forças mastigatórias, ou seja, forças de tração,

compressão, torsão, flexão e cizalhamento (Fig. 04).

Fig. 04: Esforços oclusais resultantes das forças mastigatórias sobre a coroa e pino.

5. HIPÓTESE

Como a liga de Cobre e Alumínio apresenta baixa resistência à corrosão no meio

bucal, acredita-se que a corrosão tenha participação relevante na diminuição da

resistência à fratura do pino, embora outros fatores como força excessiva, posição do

dente na arcada, e dimensionamento incorreto do pino possam também influenciar

negativamente esta resistência.

6. ANÁLISE DO PINO

A medida do diâmetro da área fraturada foi realizada através de um paquímetro

(Fig. 05). O diâmetro médio em mm foi calculado através de duas medidas do diâmetro

perpendiculares entre si (Esquema 01).

Fig. 05: Registro de medida da seção fraturada em mm através de um paquímetro.

d2

d1

Esquema 01: As linhas em vermelho representam as duas medidaspara cálculo do diâmetro do pino na região da fratura.

Medida d1: 0,8 mm

Medida d2: 0,6 mm

Diâmetro final médio (df) : 0,7 mm rf = 3,5 mm

Em trabalhos citados na literatura, as ligas odontológicas de Cobre e Alumínio

apresentaram um índice de corrosão de aproximadamente 01 µ2/cm2/ano (BAERECKE,

1980)2, em saliva artificial e pH 6,5. Considerando-se este valor como referência, e

considerando ainda, segundo relatos do paciente, que a prótese havia sido

confeccionada há aproximadamente 12 anos, pode-se calcular o diâmetro da área inicial:

Ai=π .d i2

4

Af=π .d f2

4

Esquema 02: (di) Diâmetro inicial; (df) Diâmetro final;

Cálculo da tensão inicial (σi):

Para uma mesma força:

F = σ.A = constante (força mastigatória), logo Fi = Ff

σi.Ai= σf.Af , onde Fi/σi/Ai (Força inicial/Tensão inicial/Área inicial) e

Ff/σf/Af (Força final/Tensão final/Área final)

σf = Ai .σi

Af

σf = .σi σf = di2 . σi

df2

Hipótese 1: d = d1 + d2 = 0,8 + 0,7 = 0,7 mm 2 2

Hipótese 2: O desgaste da área é proporcional ao tempo (t)

Num instante qualquer t: A(t) = Ai − β . t . Ai

A(t) = Ai .(1 − β . t)

β é o desgaste no tempo: 1 µ2 = 10-6 mm2 = 10-8 mm2

cm2/ano 10-2 mm2

/ano mm2/ano

dfdi

π.di2

4 π.df2

4

Em t = 12 anos : A(12) = Ai . (1 − 10-8. 12) mm2

A(12) = Af

A(12) =

di2

= 1 di = 0,700000042 mm df

2 (1 − 10-8. 12)

Logo, a tensão após 12 anos, para uma mesma força será:

σf = 1 . σi

(1 − 10-8. 12)

7. DISCUSSÃO

Se a tensão é inversamente proporcional à área da seção, para uma mesma força,

uma diminuição da área transversal aumenta a tensão que incide sobre ela. Entretanto, o

resultado dos cálculos mostra que a diferença entre a tensão normal final e inicial,

originadas pela ação das forças mastigatórias, é extremamente pequena, numa razão de

1 / 1 − 10-8. 12, demonstrando que simplesmente a redução na área da seção devida à

corrosão não teve participação importante na fratura do pino.

No entanto, de acordo com Öskaya & Nordin (1998)12, a corrosão é uma das causas

primárias de falhas mecânicas, e as falhas por corrosão podem ser aceleradas pela

presença da tensão4,12 (Fig. 06). Por esta razão, pequenas trincas desenvolvidas no

material por ação da corrosão podem, devido ao fenômeno de concentração de tensões12,

ter se propagado explicando a fratura do pino a longo prazo.

π .d f2 = π .d i2 .(1 − 10-8. 12) mm2

4 4

Fig. 06: Fotomicrografia mostrando a área onde foi aplicada a tensão(Di GIROLAMO NETO, & BOMBANA, 1993)4.

Uma outra consideração que poderia ser feita diz respeito às fraturas por fadiga. O

comportamento em relação à fadiga pode ser muito sensível a imperfeições de

superfície, que, novamente, podem ser causadas por corrosão. A falha por fadiga, neste

caso, começaria com a criação de uma pequena trinca, que se propagaria sob o efeito

dos ciclos mastigatórios. A ação corrosiva superposta à tensão cíclica ocasiona uma

redução pronunciada nas propriedades de fadiga dos metais que é maior que a causada

pela corrosão isoladamente18. Entretanto o Cu-Al, que é uma liga metálica, é

considerado um material dúctil, tornando improvável a fratura por fadiga no caso

analisado, seria necessária uma considerável deformação antes da falha, o que

provocaria antes a fratura radicular.

Por fim, uma última consideração a ser feita diz respeito à fratura por tração, gerada

por um momento fletor na extremidade coronária do pino durante a mastigação.

Neste caso o cálculo necessário seria: σf = M.r , I

onde: σf = Tensão normal final gerada na seção pela flexão.I = Momento de inércia à flexão da seção (para seções circulares, I = π .r 4 )

4

M = Momento fletor = F.L, sendo F a força mastigatória, e L a distância da

seção fraturada até a face oclusal (local de aplicação da força).

r = Raio da seção = d/2 = 0,35 mm

Para um mesmo M: F.L = σf. I , ou F = σf. I ,isolando-se a força mastigatória. r r.LLogo: σf. I < σu. I ,

r.L r.L , pois σf não poderia ultrapassar a tensão última (σu ) do material.

Embora a força mastigatória possa ser estimada, não se pode afirmar qual a porção

da força oclusal exercida sobre o pino isoladamente. Pos isso ela é eliminada dos

cálculos.

A tensão de ruptura consiste na tensão medida no momento da fratura, e o

conhecimento desta propriedade seria importante para que o pino fosse confeccionado

de forma que pudesse resistir a esta tensão. Todavia, apesar de ser possível obter esta

propriedade através de um ensaio de tração, a aplicação desta propriedade parece ser

inviável, porque a área de cada pino varia em função da anatomia do conduto radicular,

que por sua vez possui uma ampla diversidade de formas e tamanhos.

8. CONCLUSÃO

No caso apresentado, através da análise mecânica realizada, pode-se concluir que:

É pouco provável que a fratura do pino tenha ocorrido em conseqüência da

diminuição da área devida a um processo de corrosão.

A corrosão pode sim ter participado indiretamente no processo de falha do

pino, através da criação de defeitos superficiais que levariam à concentração de

tensões naquela região.

É ainda possível que o pino tenha se fraturado pela ação de uma tensão

normal gerada por um momento fletor na extremidade coronária.

Na situação clínica analisada, não é possível atribuir a fratura a uma causa específica

pois não existem dados suficientes. Uma criteriosa análise laboratorial através de

microscopia poderia colaborar para um melhor esclarecimento desta questão. Porém,

pode-se afirmar que a utilização de uma liga com melhores propriedades, associada a

um maior diâmetro do pino (dentro dos limites do diâmetro radicular), poderia prevenir

este tipo de insucesso. Estes fatores estão ao alcance do clínico, vindo contribuir para

uma maior longevidade do tratamento dos dentes tratados endodonticamente.

9. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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