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Resumo

Introdução: O objetivo deste estudo foi comparar E1-Irrisonic (Helse Ultrasonics, Ocoee, FL) e Irri Black (Helse Ultrasonics), uma nova ponta ultrassônica com tratamento de carbono semelhante ao diamante, em relação ao seu design, metalurgia, microdureza, resistência à flexão e tempo até a fratura sob o teste de fadiga oscilatória.

Métodos: Um total de 17 pontas ultrassônicas E1-Irrisonic e 17 Irri Black novas foram selecionadas. A geometria da ponta e o acabamento da superfície foram avaliados usando microscopia eletrônica de varredura. A composição elementar foi definida por espectroscopia de raios X por dispersão de energia. A dureza Knoop foi calculada usando um medidor de microdureza. A carga máxima necessária para deslocar o instrumento em 45° foi registrada em grama/força, a fadiga oscilatória foi medida em segundos no momento da fratura do instrumento, e o tamanho dos fragmentos separados foi determinado em milímetros. O teste t de Student foi utilizado para comparação estatística (a = 5%).

Resultados: Análises por microscopia eletrônica de varredura revelaram que o E1-Irrisonic tinha uma ponta de extremidade plana, enquanto uma ponta arredondada não cortante foi observada no Irri Black. A superfície do E1-Irrisonic era mais lisa do que a do Irri Black, que era irregular. Análises espectroscópicas de raios X por dispersão de energia mostraram que as composições elementares das pontas E1-Irrisonic e Irri Black eram consistentes com aço inoxidável e ligas de titânio-alumínio, respectivamente. O Irri Black apresentou resistência à carga de flexão significativamente maior, tempo até a fratura sob movimento oscilatório e dureza Knoop do que a ponta E1-Irrisonic (P ˂ .05), enquanto o comprimento dos fragmentos foi semelhante (P ˃ .05).

Conclusão: O tratamento com carbono semelhante ao diamante melhorou a dureza Knoop e reduziu a flexibilidade da ponta ultrassônica Irri Black, melhorando seu tempo até a fratura sob movimento oscilatório em comparação com a ponta E1-Irrisonic não tratada. (J Endod 2023;49:301–306.)

 

A irrigação é um passo essencial para otimizar a limpeza e desinfecção do canal radicular, alcançando áreas não tocadas por instrumentos endodônticos. Em casos necróticos, os detritos de dentina e a camada de smear produzida durante a preparação mecânica podem estar infectados e podem inativar medicamentos e irrigantes do canal radicular e/ou bloquear seu acesso ao biofilme. Além disso, devido à complexidade do sistema do canal radicular, pesquisas têm mostrado continuamente que a irrigação convencional com seringa e agulhas falha em limpar canais laterais, extensões ovoides, istmos e irregularidades nas paredes do canal radicular. Portanto, para melhorar a desinfecção, a irrigação deve fornecer não apenas um fluxo adequado do irrigante em toda a extensão do sistema do canal radicular durante a preparação quimomecânica, mas também uma melhoria em seu fluxo por meio de uma fonte de energia.

Richman é creditado por ser o primeiro autor a relatar a aplicação de ultrassom em endodontia em 1957, mas foi apenas em 1976 que Martin sugeriu a ativação de instrumentos endodônticos como um método primário de preparação e desbridamento de canais na terapia de canal radicular. Hoje em dia, existem vários conceitos, sistemas e mecanismos disponíveis para ativar a solução irrigante, mas uma das técnicas mais utilizadas é a irrigação ativada por ultrassom (IAU), que anteriormente era conhecida como irrigação ultrassônica passiva. A IAU é baseada na transmissão de uma energia mecânica acústica através da solução irrigante pela ação de uma fonte de energia acoplada a um inserto ou a um arquivo. A oscilação ultrassônica deste instrumento induz o fluxo do fluido ao seu redor, levando a pressões alternadas e tensões de cisalhamento nas paredes do canal radicular, otimizando a qualidade da limpeza e desinfecção em comparação com técnicas convencionais. Por outro lado, a natureza oscilatória da pressão e da tensão de cisalhamento pode induzir fadiga ao material, aumentando o risco de quebra. A eficácia da IAU em um ambiente clínico pode ser melhorada inserindo a ponta ultrassônica a 2–3 mm do comprimento de trabalho em um canal radicular previamente ampliado para um tamanho apical mínimo de 30 ou 35.

E1-Irrisonic (tamanho 20, 0,01 taper; Helse Ultrasonics, Ocoee, FL) é uma ponta ultrassônica de aço inoxidável recomendada para a técnica UAI. Estudos anteriores demonstraram sua capacidade de melhorar a desinfecção do canal e remover detritos de tecido duro ou restos de preenchimento. Recentemente, uma nova geração dessa ponta, a Irri Black (tamanho 20, 0,01 taper; Helse Ultrasonic), foi lançada no mercado. De acordo com o fabricante, este instrumento tem o mesmo design de seu predecessor, mas passa por um tratamento de revestimento de carbono semelhante ao diamante (DLC) com dopagem de titânio, zircônio, nióbio e outros elementos que adicionam uma camada preta em sua superfície, o que melhora a dureza, resistência química, resistência à fratura e as propriedades tribológicas da ponta ultrassônica.

Na literatura, a maioria dos estudos testou o ultrassom como um método primário de preparação do canal ou como um complemento para limpeza e desinfecção, enquanto apenas algumas publicações exploraram as propriedades mecânicas das pontas ultrassônicas, como eficiência de corte e resistência à quebra. Até agora, nenhum estudo avaliou as pontas ultrassônicas desenvolvidas para a técnica UAI em relação às suas características metalúrgicas e propriedades mecânicas. Portanto, o objetivo deste estudo foi comparar os instrumentos E1-Irrisonic e Irri Black em relação ao seu design, características metalúrgicas, dureza Knoop, resistência à flexão e tempo até a fratura sob um inovador teste de fadiga oscilatória (OFT). A hipótese nula testada foi que E1-Irrisonic e Irri Black não apresentavam diferenças significativas nos parâmetros testados.

 

Materiais e métodos

Trinta e quatro novas pontas ultrassônicas E1-Irrisonic (n = 17) e Irri Black (n = 17) foram selecionadas aleatoriamente e testadas quanto ao design, acabamento de superfície, metalurgia, microdureza, resistência à flexão e fadiga oscilatória.

Design e Acabamento de Superfície

Inicialmente, todos os instrumentos foram inspecionados visualmente em busca de defeitos maiores, e nenhum instrumento foi descartado. O design e o acabamento de superfície das pontas ultrassônicas E1-Irrisonic (n = 3) e Irri Black (n = 3) foram avaliados sob microscopia eletrônica de varredura (S-2400; Hitachi, Tóquio, Japão) nas ampliações X30, X150 e X400.

Metalurgia

As pontas E1-Irrisonic e Irri Black foram limpas por imersão em um banho de acetona por 2 minutos. Cada instrumento foi então montado em um suporte de amostra, colocado na câmara de um dispositivo de microscopia eletrônica de varredura (S-2400) configurado para 20 kW e 3,1 A, e posicionado a uma distância de trabalho de 25 mm de um detector espectroscópico de raios X por dispersão de energia (Bruker Quantax; Bruker Corporation, Billerica, MA). Um vácuo foi criado por ~10 minutos, e aquisições (realizadas em uma área de 400 μm X 400 μm) foram feitas com um tempo de vida de 60 segundos para condições de imagem otimizadas com ~30% de tempo de morte. A análise elementar foi semiquantitativa usando a correção ZAF, e os resultados foram avaliados em software dedicado (Systat Software Inc, San Jose, CA). Duas pontas de cada tipo foram testadas para confirmar os resultados, e cada instrumento foi avaliado em triplicado.

Teste de Microdureza

O tamanho da amostra para este teste foi calculado com base na diferença obtida após 3 medições iniciais realizadas nas pontas selecionadas com 80% de poder e um erro do tipo alfa de 0,05. Considerando o tamanho do efeito de 14,5, um total de 6 indentação foi estabelecido por grupo. Assim, 2 pontas E1-Irrisonic e 2 pontas Irri Black foram selecionadas, e 3 indentação foram realizadas em cada instrumento, totalizando 6 indentação por grupo. A ponta ultrassônica foi estabilizada em um suporte de acrílico, e o penetrador de diamante de um testador de microdureza Vickers HV-1000 (Sinowon, DongGuan, China) foi posicionado em sua superfície e ajustado para realizar uma carga de pressão de 100 g/força por 15 segundos. A avaliação das indentação foi realizada a X40, e os valores de microdureza são expressos como dureza Knoop.

Resistência à Flexão e OFT

O tamanho da amostra foi estimado para cada teste levando em consideração a diferença obtida após 3 medições iniciais usando um nível de potência de 80% e um erro do tipo alfa de 0,05. Um total de 4 e 2 instrumentos foram determinados para o teste de resistência à flexão (tamanho do efeito = 2,44) e o OFT (tamanho do efeito = 13,5), respectivamente, e o tamanho final da amostra foi estabelecido como 5 instrumentos por grupo para cada teste. No teste de flexão, cada ponta ultrassônica foi posicionada a 45° em relação ao chão, enquanto seus 3 mm apicais estavam conectados a um fio ligado a uma máquina de teste universal (Instron, Norwood, MA). A carga máxima necessária para deslocar o instrumento a 45° usando uma carga de 20 N e velocidade constante de 15 mm/min foi registrada em grama/força. O OFT foi realizado em um dispositivo que consiste em uma unidade ultrassônica piezoelétrica (Newtron Booster; Satelec Acteon, Me’rignac, França) acionada em frequências de 28–36 kHz e operada automaticamente com configurações de potência máxima (20/20). A ponta ultrassônica foi montada em leve contato com um pedaço de fio conectado a um cronômetro eletrônico e ativada livremente no ar sob resfriamento em água da unidade piezoelétrica por ciclos de 60 segundos, com 2 segundos entre cada ciclo (Fig. 1). Esse processo foi repetido até que a quebra fosse observada. Neste momento, o circuito elétrico foi interrompido, a unidade ultrassônica parou automaticamente, e o tempo até a fratura foi registrado em segundos. Em seguida, o comprimento do fragmento fraturado foi medido usando um paquímetro digital (Mitutoyo, Aurora, IL).

Figura 1 Uma ilustração tridimensional do dispositivo OFT utilizado neste estudo.

 

Resultados

Análises de microscopia eletrônica de varredura revelaram que o E1-Irrisonic tinha uma ponta final plana, enquanto uma ponta arredondada não cortante foi observada no Irri Black. A superfície do E1-Irrisonic era mais lisa do que a do Irri Black, que era irregular. Não havia buracos, defeitos ou pontos de fratura potenciais na superfície de ambas as pontas (Fig. 2).

Figura 2 Análises de microscopia eletrônica de varredura revelaram que o E1-Irrisonic tinha uma ponta de extremidade plana, enquanto uma ponta arredondada não cortante foi observada no Irri Black. A superfície do E1-Irrisonic era mais lisa do que a do Irri Black, que apresentava marcas compatíveis com uma superfície revestida.

Análises espectroscópicas de raios X por dispersão de energia mostraram que as composições elementares das pontas E1-Irrisonic e Irri Black eram consistentes com aço inoxidável (Fe ⁓64,4%, Cr ⁓19,3% e Ni ~13,5%) e ligas de titânio-alumínio (Ti ⁓35,8% e Al ⁓54,5%), respectivamente (Fig. 3).

Figura 3 Espectros representativos de espectroscopia de raios X por dispersão de energia das pontas ultrassônicas E1-Irrisonic e Irri Black. As análises mostraram que as composições elementares das pontas E1-Irrisonic e Irri Black eram consistentes com ligas de titânio-alumínio e aço inoxidável, respectivamente.

Irri Black apresentou resistência à carga de flexão significativamente maior, tempo até a fratura sob movimento oscilatório e dureza Knoop do que a ponta E1-Irrisonic (P ˂ .05) (Tabela 1). Nenhuma diferença foi observada no comprimento dos fragmentos medidos após o OFT (P ˃ .05) (Tabela 1).

Tabela 1 Os Resultados Médios (Desvio Padrão) da Microdureza (Dureza Knoop), Resistência à Flexão (Carga Máxima em Grama/FORÇA) e Fadiga Oscilatória (Tempo até a Fratura [em Segundos] e Comprimento dos Fragmentos [em Milímetros]) Testes

Discussão

A fratura de instrumentos tem sido uma constatação frequente na prática clínica que pode comprometer a taxa de sucesso do tratamento endodôntico. No passado, houve alguns relatos sobre a quebra de arquivos ultrassônicos durante a instrumentação do canal e pontas ultrassônicas na preparação do ápice radicular. Esses acidentes foram atribuídos ao manuseio clínico inadequado ou falhas de fabricação e à redução da resistência devido ao design do instrumento. Tais fraturas ocorreram principalmente nos nós da ponta vibrante, que é um ponto de máxima tensão. O padrão de nós e antinós ao longo de um instrumento acionado ultrassonicamente é o que determina o fluxo no axial, enquanto sua multiplicidade leva a um padrão mais complexo de microstreaming ao longo do instrumento. Assim, a avaliação das principais características dos instrumentos utilizados para o tratamento de canais radiculares é necessária para proporcionar uma compreensão adequada de seu desempenho mecânico. Este estudo apresenta resultados originais e inovadores, pois esta é a primeira investigação que avaliou o design e comparou as propriedades metalúrgicas e mecânicas de 2 pontas ultrassônicas (E1-Irrisonic e Irri Black) desenvolvidas para serem usadas como um passo auxiliar para melhorar a limpeza e desinfecção do canal radicular. As análises dos resultados rejeitaram a hipótese nula porque diferenças estatisticamente significativas foram observadas nos parâmetros testados.

As análises dos instrumentos E1-Irrisonic e Irri Black utilizando microscopia eletrônica de varredura demonstraram diferenças na geometria de suas pontas, bem como em seu acabamento superficial (Fig. 2). Embora o E1-Irrisonic apresentasse uma ponta de extremidade plana, uma ponta arredondada não cortante foi observada no Irri Black. De acordo com o fabricante, o design do E1-Irrisonic e do Irri Black (incluindo suas pontas) é o mesmo, e eles diferem apenas em termos de tratamento DLC. Assim, pode-se inferir que a ponta arredondada não cortante do Irri Black é resultado do tratamento de superfície DLC. Embora esses instrumentos tenham sido projetados para serem usados em canais radiculares já alargados, a presença de uma borda afiada na ponta do E1-Irrisonic pode representar um risco de dano à dentina, especialmente em canais curvados. É improvável que este instrumento consiga causar uma ledge nas paredes do canal, mas dependendo das irregularidades criadas no terço apical, isso pode comprometer a qualidade de selagem dos materiais de preenchimento nessa área; essa é uma questão a ser explorada em estudos futuros. Por outro lado, a ponta arredondada associada a uma seção transversal redonda do instrumento Irri Black ajudaria a prevenir esses acidentes. Outra diferença observada nesses instrumentos estava relacionada às suas superfícies. O Irri Black apresentou várias irregularidades em sua superfície em comparação com o E1-Irrisonic. Essa característica de superfície também pode ser encontrada em outros instrumentos submetidos ao tratamento de revestimento DLC, conforme relatado na literatura. Foi sugerido que essas irregularidades estão associadas a um tipo de delaminação do revestimento, um processo relacionado à perda de adesão do revestimento a uma superfície ou entre camadas de revestimento.

A análise espectroscópica de raios X por dispersão de energia revelou que as composições elementares das pontas E1-Irrisonic e Irri Black eram consistentes com aço inoxidável e ligas de titânio-alumínio, respectivamente. Ozkomur et al. investigaram o efeito do revestimento DLC sobre o titânio no comportamento de corrosão galvânica entre titânio e a liga Ni-Cr e concluíram que o revestimento DLC pode servir como uma camada de filme isolante sobre a superfície, prevenindo o acoplamento galvânico. Em outros estudos, foi demonstrado que o processo de revestimento DLC também reduziu a força de atrito dos fios e braquetes ortodônticos. Juntas, esses resultados sugerem que instrumentos revestidos com uma camada de DLC estão sujeitos a forças de atrito estático e cinético menores do que o aço inoxidável, enquanto servem como uma barreira contra corrosão galvânica, o que pode resultar em resistência a longo prazo.

Existem apenas algumas publicações usando diferentes métodos para avaliar a resistência à fratura de pontas ultrassônicas. Walmsley et al. usaram uma balança de dois pratos e relataram que a quebra era mais provável de ocorrer em pontas com angulação e curvatura excessivas. Lin et al. avaliaram a eficiência de corte de 3 diferentes pontas ultrassônicas (aço inoxidável, revestidas de nitreto de zircônio e revestidas de diamante) usadas para tratamento endodôntico ortogrado e relataram que apenas as pontas revestidas de diamante quebraram. Wan et al. compararam a quebra de 3 pontas ultrassônicas endodônticas ao remover dentina de molares extraídos, e os resultados foram consistentes com os observados por Lin et al. Uma das principais forças deste estudo foi apresentar uma nova proposta para determinar o tempo até a fratura das pontas ultrassônicas sob ativação, que é o acidente mais comum observado na prática clínica. Neste estudo, o OFT foi realizado em um dispositivo automático que consiste em uma unidade ultrassônica operando com ciclos de 60 segundos com períodos de descanso de 2 segundos nas configurações de potência máxima (20/20). Esta configuração foi escolhida porque em um estudo piloto a configuração de potência recomendada pelo fabricante (nível de potência de 10%) foi insuficiente para fraturar os instrumentos, mesmo quando operando por um longo período de tempo. Usar as direções do fabricante é um aspecto importante a ser considerado para o uso clínico das pontas ultrassônicas testadas; no entanto, do ponto de vista metodológico, não permite a medição do tempo até a fratura. Além disso, estudos anteriores usaram configurações de potência máxima ao testar a resistência à fratura de outros tipos de pontas ultrassônicas. Por outro lado, embora se possa argumentar que a falta de fratura das pontas testadas operando sob uma configuração de baixa potência pode confirmar sua eficácia, as pontas ultrassônicas desenvolvidas para procedimentos UAI também têm um risco de fratura. É importante notar que o OFT foi realizado sem curvar as pontas ultrassônicas, o que pode ter contribuído para a falta de fratura sob configurações de baixa potência. Esta foi uma das limitações deste estudo que poderia ser testada em estudos futuros.

O teste de dureza é tipicamente realizado pressionando um objeto (indentador) de dimensões e carga específicas na superfície de um material, com o objetivo de determinar sua resistência à deformação permanente. Neste estudo, os valores de dureza do Irri Black revestido com DLC foram significativamente mais altos do que os do instrumento de aço inoxidável E1-Irrisonic (Tabela 1). Um aumento na dureza é frequentemente a propriedade melhorada mais notada em instrumentos revestidos com DLC. A maioria dos filmes de DLC é mais dura do que a maioria dos materiais metálicos, e o revestimento de DLC fornece valores de dureza variando de

6–20 GPa, dependendo das condições de deposição. Além disso, a literatura demonstrou que o revestimento de DLC pode prevenir a corrosão e melhorar a resistência ao desgaste e a dureza quando aplicado à superfície de dispositivos médicos, o que pode explicar o tempo de fratura e a carga de flexão significativamente mais altos do Irri Black em comparação com a ponta E1-Irrisonic (Tabela 1). O tempo de fratura melhorado dos instrumentos ultrassônicos revestidos com DCL é benéfico na prática clínica porque pode prevenir quebras inesperadas durante a ativação de irrigantes dentro do sistema de canais radiculares.

No entanto, é importante enfatizar que o processo de revestimento também reduziu significativamente a flexibilidade da ponta Irri Black (Tabela 1), um aspecto que deve ser avaliado em estudos futuros para determinar se essa redução poderia comprometer sua eficiência, principalmente quando utilizada em canais curvados.

Embora este artigo tenha relatado resultados originais usando um método inovador para avaliar a resistência à fratura de pontas ultrassônicas, também apresentou limitações. Por exemplo, apenas 1 unidade ultrassônica foi utilizada, e o tempo até a fratura pode diferir dependendo do dispositivo. As pontas também foram testadas ativando-as livremente no ar sob resfriamento a água e não imersas em um líquido ou dentro do espaço do canal radicular para simular seu uso clínico. Finalmente, as pontas foram mantidas retas, e estudos futuros podem ser realizados usando o OFT em condições curvas. De fato, os fabricantes devem estar cientes das principais causas de fratura e usar princípios científicos sólidos e controle de qualidade para desenvolver novas pontas ultrassônicas. Dessa forma, mais estudos sobre propriedades mecânicas e metalúrgicas que afetam a resistência à fratura de pontas ultrassônicas são necessários para que os clínicos possam ser melhor informados ao selecionar pontas para um procedimento específico. Sob as limitações deste estudo, pode-se concluir que o tratamento DLC melhorou a dureza Knoop e reduziu a flexibilidade da ponta ultrassônica Irri Black, melhorando seu tempo até a fratura sob movimento oscilatório em comparação com a ponta ultrassônica E1-Irrisonic não tratada.

 

Autores: Emmanuel J. N. L. Silva, Bruno M. Crozeta, Jorge N. R. Martins, Thiago Moreira, Victor T. L. Vieira, Francisco Manuel Braz-Fernandes e Marco A. Versiani

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