Análise de estresse, através do estudo dos elementos finitos, em dentes reconstruídos com pino de núcleo e coroa

Resumo

Este estudo pretende, com uma metodologia diferente daquelas comumente utilizadas, contribuir para a controversa questão do “cercamento cervical” e o problema do material de fabricação dos pinos. Para avaliar a distribuição das tensões na dentina remanescente, determinada por diferentes preparações da margem protética e pelos materiais de construção dos pinos, foi utilizada a análise de elementos finitos (Finite Element Analysis).

Os materiais em si, muito rígidos e resistentes à fratura (aço), podem ser perigosos porque concentram as tensões em áreas dentais restritas, exíguas e muito profundas. Para os pinos de núcleo em pro, a distribuição das tensões parece ser mais favorável.

O bisel circular diminui as tensões nas zonas apicais do pino, aumentando-as nas zonas cervicais.

Um pino de ouro estreito e curto com uma camada de cimento interposta entre este e a dentina (“pino de núcleo passivo”) gera picos de tensão muito elevados na espessura do cimento no terço médio canalicular.

Substituindo o pino de ouro por materiais que tenham características mecânicas semelhantes à dentina, as áreas internas do canal radicular estão isentas de picos de esforço: estes ficam totalmente no espessamento da dentina do terço médio do canal, poupando as zonas críticas de interface entre dois materiais.

Resumo

Introdução

Técnicas para a restauração de dentes tratados endodonticamente têm sido objeto de discussão por pesquisadores durante muitos anos. A Análise de Elementos Finitos (AEF) foi utilizada para determinar a distribuição de estresse na dentina residual causada por diferentes tipos de design de margem protética e pelos materiais de construção do pino. A AEF é um modelo matemático que permite que estruturas complexas sejam divididas em segmentos menores com propriedades específicas. Várias condições de carga podem ser aplicadas ao modelo e as distribuições de estresse plotadas em um computador. Este método fornece informações detalhadas sobre o estresse em um corpo não homogêneo, como um dente.

Materiais e métodos

Cinco modelos dimensionais de um incisivo central superior foram criados usando os dados de Wheeler. Esses modelos eram a representação da seção transversal bucolingual do dente. Todos os modelos incluíam dentina com guta-percha, ligamento periodontal, osso cortical e esponjoso, um pino e uma coroa.

Os materiais eram homogêneos e isotrópicos com comportamento elástico linear. As propriedades mecânicas correspondiam àquelas descritas na literatura.

Três direções de força diferentes foram aplicadas a cada modelo: F1 foi aplicada para simular um trauma facial; F2 para simular uma força vertical sobre o ângulo do incisivo; F3 para simular a força mastigatória. Todas as forças foram consideradas de 10 N atuando uniformemente em uma espessura de 1 mm.

Os modelos A e B simulam diferentes tipos de design de margem protética (ombro de 90°; 3,5 mm de bisel). O modelo C simula um ombro de 90° com uma redução longitudinal e axial de 50% do pino de ouro (“pino passivo”). Os modelos D e E simulam um ombro de 90°, o primeiro com pino e núcleo de aço, o último com pino e núcleo feitos de um material hipotético com características mecânicas semelhantes à dentina.

A distribuição das forças normais nas direções principais e de Von Mises foi calculada usando o software SuperSap para elementos finitos.

Resultados

Modelos A e B: o modelo B (chanfro) distribuiu o estresse sobre uma área mais extensa; os picos de estresse na terceira média e na dentina apical foram reduzidos em 25% e 12% em comparação com o modelo A (um ombro de 90°).

Modelo C: o pico de estresse ocorreu na área de cimento curto entre a dentina e o pino.

Modelo D: pico de estresse muito alto na terceira média do canal radicular na área de interface entre o pino e a dentina.

Modelo E: mais favorável, uma vez que o pico de estresse ocorreu na área central da espessura residual da dentina da terceira média das áreas internas do canal. As áreas de interface não mostraram picos de estresse.

Conclusões

Este estudo mostra que em dentes reconstruídos endodonticamente, materiais extremamente rígidos (aço e ouro) devem ser substituídos por materiais que tenham as mesmas propriedades mecânicas que a dentina.

Um nível circular é vantajoso porque distribui o estresse sobre uma área dentinária mais ampla.

Um “pino passivo” não é vantajoso porque todos os picos de estresse aparecem na curta área de cimento entre a dentina e o pino.

Introdução

As técnicas para a restauração de dentes tratados endodonticamente são objeto de inúmeras discussões e pesquisas há muitas décadas. Várias investigações foram realizadas com o objetivo de identificar métodos que tornem o complexo raiz-pino-reconstrução protética mais resistente aos esforços determinados pela carga mastigatória normal e por eventuais traumas. Nos últimos anos, a atenção foi especialmente voltada para a forma dos pinos endocanalares (ou pinos de núcleo), seu comprimento ou largura e sua resistência à tração e à carga oblíqua. Como consequência clínica dessas pesquisas, surgiu a tendência geral de restaurar o espaço canal, deixado vazio pelo tratamento endodontico, com materiais muito rígidos e resistentes, em vez de buscar materiais com características mecânicas o mais semelhantes possível à dentina. Pouca atenção também foi dada ao dente em sua totalidade, frequentemente negligenciando o efeito da cobertura que ele recebe. O desenho da margem protética dessa categoria de dentes recebeu, na literatura, atenção limitada. Essas questões foram estudadas, nos vários trabalhos, por meio de simulações mecânicas em dentes extraídos submetidos a carga e com modelos fotoelásticos: os resultados são bastante contraditórios.

O presente estudo pretende, com uma metodologia diferente daquelas comumente utilizadas, contribuir para a controversa questão do “cercamento cervical” e para o problema do material de fabricação dos pinos. Foi utilizada a análise por elementos finitos (Finite Element Analysis - IDEA), um método numérico de análise de estresse pouco difundido na odontologia.

O método da análise por elementos finitos utiliza um modelo matemático que aproxima a geometria do objeto a ser realizado. Este último é dividido em um número finito de pequenos elementos, com 3 ou 4 nós, cada um com uma descrição separada do campo de deslocamentos (e, portanto, dos estresses e das deformações). Várias condições de carga são aplicadas ao modelo e as restrições são modeladas por condições de contorno apropriadas. As equações, derivadas com base em um comportamento elástico linear e nas características mecânicas dos materiais, são resolvidas com complexos algoritmos de cálculo por meio de computadores pessoais. A vantagem dessa metodologia é fornecer informações detalhadas sobre o estresse atuante em um corpo não homogêneo como o dente.

Este tipo de análise foi introduzido por Turner e é utilizado em simulações mecânicas, térmicas, eletromagnéticas e em alguns campos de pesquisa de biomecânica médica.

No campo dos elementos tratados endodonticamente, esta metodologia foi utilizada, aliás, em um número reduzido de trabalhos, para avaliar o esforço interno de raízes que alojam pinos de formas diferentes com níveis de tecidos de suporte normais ou variados.

Neste trabalho, pretende-se avaliar a influência que a preparação da margem protética tem na distribuição dos esforços na dentina radicular residual. Além disso, utilizando este sistema de análise, deseja-se avaliar se as características mecânicas do material com o qual se fabrica o pino moncone podem mudar favoravelmente a resistência desta categoria de dentes.

Materiais e métodos

Partindo de um modelo bidimensional de incisivo central superior (segundo os dados de Wheeler), foram criados 5 modelos diferentes que representam a seção mediana vestibulo-palatina e têm 24 mm de comprimento. Todos incluem a raiz canalicular com dentina e guta-percha nos 4 mm apicais, ligamento periodontal, osso esponjoso e cortical. Foi desenhada uma reconstrução da parte interna do canal radicular tipo pino moncone (com 12° de inclinação): a zona coronária foi restaurada com uma coroa de ouro (Fig. 1).

Todos os materiais são considerados homogêneos, isotrópicos e com comportamento elástico linear. As propriedades mecânicas dos materiais são aquelas comumente utilizadas na literatura (Tab. 1). A espessura do cimento entre o pino e a dentina e entre o pino e a coroa é considerada nula devido à espessura reduzida e por limites impostos à complexidade do modelo.

Três direções diferentes das forças de carga foram aplicadas a cada modelo: F1 simula uma força traumática que age no centro da coroa, horizontalmente e vestibularmente em relação a ela; F2 é uma força vertical que age no ângulo incisivo: F3 representa a carga mastigatória e está a 45° palatino:alinhado em relação ao ângulo incisivo. Todas as forças agem uniformemente através da espessura de 1 mm e têm intensidade de 10 Newton (1 Kgf).

O osso apical ao ápice é considerado completamente fixado com restrições de encaixe que não permitem qualquer movimento. Foi utilizado um computador pessoal IBM com um microprocessador Intel 486DX2-66 e um programa de cálculo de elementos finitos, o SuperSap (Algor, Pittsburg).

Foi estudada a seção mediana na direção vestibulo-palatina do incisivo central superior.

Foram calculadas as distribuições dos esforços normais nas direções principais e de Von Mises, esforços comumente utilizados em engenharia. A partir dessas distribuições foram obtidos os valores máximos e mínimos dos esforços.

Foram preparados dois modelos simulando dois diferentes tipos de desenho da preparação da margem protética (ombro a 90°, bisel longo de 3,5 mm com 12° de inclinação). Eles apresentam uma igual reconstrução (pino moncone e coroa em ouro) (modelos A e B) (Fig. 1-2).

Foram escolhidos esses dois tipos de desenho da margem protética a fim de dar uma contribuição - original na metodologia - a respeito da controversa questão do efeito do “cercamento cervical”. No modelo C, que apresenta um desenho da preparação da margem protética igual ao modelo A (ombro a 90°), foi simulada e calculada a influência da redução longitudinal e axial na medida de 50% do pino moncone em ouro (Fig 3). Este modelo foi escolhido para verificar, com tal metodologia, os resultados de uma interessante abordagem a essas problemáticas ("pino moncone passivo").

Os modelos D e E também simulam uma preparação da margem protética com ombro a 90°, mas apresentam características do material de fabricação do pino de núcleo variáveis: modelo D, aço; modelo E, material hipotético com características mecânicas equivalentes à dentina.

Resultados

Em um dente tratado endodonticamente e reconstruído com pino moncone e coroa, um bisel de 3,5 mm com inclinação de 12° (modelo B) determina, em comparação com uma preparação em ombro a 90° (modelo A), uma melhor distribuição das tensões, diminuindo em particular os picos de tensão nas áreas de dentina apical ao pino em 12% e nas áreas de dentina em contato com o pino do terço médio do canal em 25%. A distribuição das tensões resulta em áreas dentinárias muito mais extensas e a zona de dentina subjacente ao bisel é também mais carregada. Essa diferente distribuição das tensões é avaliável nos dois modelos submetidos a força traumática (F1) e a força mastigatória (F3) (Fig. 4, 5, 6, 7). Esses dados quantitativos estão de acordo com uma pesquisa anterior nossa que utilizou a metodologia da análise por elementos finitos e com um estudo através de simulações mecânicas in vitro. A força vertical (F2) apresenta resultados sobreponíveis em todos os cinco diferentes modelos estudados: não fornecendo informações úteis para os objetivos desta pesquisa, não são aqui examinados.

Se no modelo a ser submetido a carga simulada (forças F1 e F3), o pino moncone é reduzido em 50% tanto em sentido axial quanto transversal (pino moncone “passivo”, modelo C) e o espaço entre o pino e a dentina é preenchido com um material (cimento) que tenha as mesmas características mecânicas da dentina (módulo de Young e coeficiente de Poisson), resultam picos de esforço muito elevados concentrados no terço médio do canal na ampla zona de cimento que se interpõe entre a dentina e o pino. Esta zona apresenta valores de esforço 200% mais elevados em comparação com os modelos A e B (Fig. 8, 9).

Manter a preparação da margem protética com ombro a 90°, foram simuladas variações nas características mecânicas do material com o qual é construído o pino de núcleo. Em comparação a um pino de núcleo tradicional em ouro (módulo de Young: 98 GPA; coeficiente de Poisson: 0,33), se ele for fabricado em aço (210 GPA; 0,30 coef. Poisson) (modelo D), temos uma situação puramente desfavorável. As forças aplicadas (FL e F3) geram picos de esforço com valores muito elevados nas zonas de dentina do terço médio e apicais ao pino ao longo de toda a zona de interface entre o pino e a dentina (em comparação ao pino de núcleo tradicional em ouro, há um aumento do valor do esforço nessas duas áreas de 100% e 30%, respectivamente) (Figg. 10. 11).

Se o pino de núcleo for construído com um material que tenha as mesmas características mecânicas da dentina (18,6 GPA; 0,31 coef. Poisson) (modelo E), o pico de esforço, para as forças F1 e F3, resulta ser na zona central da espessura da dentina residual do terço coronal e médio do canal. As áreas mais internas estão isentas de picos de esforço. Esta é a situação mais favorável entre as estudadas, pois o pico de esforço se encontra totalmente em uma zona de dentina radicular mais externa em relação aos outros modelos. Além disso, não há esforços na zona crítica de interface entre materiais diferentes (Figg. 12, 13).

Neste tipo de análise da seção transversal do dente, há a representação máxima do pino simultaneamente à mínima da dentina: o pino está, portanto, super-representado. Este dado é importante para compreender melhor os resultados deste estudo bidimensional.

Discussão conclusões

Desse estudo podem ser extraídas diretrizes clínicas para a reconstrução dos elementos tratados endodonticamente. O uso de materiais com os quais reconstruir o espaço deixado vazio pela terapia endodontica deve provavelmente ser repensado: os materiais em si muito resistentes à fratura e, portanto, muito rígidos (por exemplo, aço) podem ser perigosos porque concentram os esforços em áreas dentinárias restritas, exíguas e muito profundas. Para os pinos de núcleo tradicionais em ouro, podem ser feitas considerações semelhantes, embora a distribuição dos esforços pareça mais favorável em relação ao caso anterior. A preservação mesmo de pouca dentina cervical, de modo a obter um cerceamento cervical, parece vantajosa. O bisel circular permite uma melhor distribuição dos esforços, diminuindo-os nas zonas apicais ao pino e aumentando-os nas zonas cervicais.

Um pino de ouro estreito e curto com uma abundante camada de cimento interposto entre este e a dentina' (pino moncone “passivo”, que tenha um cimento com características mecânicas o mais próximo possível da dentina) parece não ser vantajoso porque coloca os picos de esforço criticamente na espessura do cimento do terço médio canalicular.

A substituição do tradicional pino de ouro por um material que tenha as características mecânicas da dentina parece ser a melhor solução para a restauração desta categoria de dentes. As áreas internas do canal radicular estão isentas de picos de esforço: estes encontram-se totalmente na espessura da dentina radicular do terço médio do canal, poupando assim as zonas críticas de interface entre os dois materiais.

A simulação computadorizada com análise dos esforços de vários modelos de dentes tratados endodonticamente, indica, portanto, novas vias de desenvolvimento na pesquisa para os materiais dentários.

A reconstrução do dente tratado endodonticamente com um pino de aço ou de ouro parece ser abandonada, privilegiando materiais que tenham características mecânicas o mais próximo possível da dentina. Uma restauração desse tipo da parte interna do canal radicular, coberta por sua vez por uma tradicional coroa em ouro-resina ou orocerâmica, parece oferecer vantagens notáveis. O cerceamento cervical, se for realizável, pode proporcionar vantagens adicionais para uma maior durabilidade ao longo do tempo desses elementos.

Autores: Giovanni Cavalli, Pio Bertani, Paolo Generali

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