Fadiga Cíclica e Resistência ao Torção de Quatro Instrumentos Reciprocantes à Base de Niti Martensítico

Resumo

Objetivo:  Avaliar a fadiga cíclica e a resistência à torção dos instrumentos reciprocantes de níquel-titânio (NiTi) martensíticos Reciproc Blue R25 (VDW, Munique, Alemanha), WaveOne Gold Primary (Dentsply Maillefer, Ballaigues, Suíça), ProDesign R (Easy Equipamentos Odontológicos, Belo Horizonte, Brasil) e X1 Blue File (MK Life, Porto Alegre, Brasil).

Métodos:  Em cada grupo, dez instrumentos foram testados para resistência à fadiga cíclica usando um canal artificial de aço inoxidável (ângulo de curvatura de 80° e raio de 3 mm) e dez instrumentos para falha por torção de acordo com a norma ISO 3630-1. A superfície dos instrumentos fraturados foi examinada sob microscopia eletrônica de varredura (MEV) a ×250 de ampliação. Os resultados foram comparados estatisticamente com ANOVA de uma via e testes post hoc de Tukey, e o erro tipo alfa foi definido em 5%.

Resultados:  O X1 Blue File e o ProDesign R mostraram maior tempo até a fratura do que o Reciproc Blue e o Wave One Gold (P<0,05). No entanto, nenhuma diferença foi encontrada entre o X1 Blue File e o ProDesign R (P>0,05). Além disso, o Reciproc Blue demonstrou maior tempo até a fratura do que o WaveOne Gold (P<0,05). A menor resistência à torção (1,0±0,2 N.cm) e o ângulo de rotação (412°±46) foram observados no grupo ProDesign R (P<0,05). As análises de MEV das superfícies fraturadas mostraram uma área de iniciação de fissura e uma zona de fratura rápida por sobrecarga após o teste de fadiga cíclica, e marcas de abrasão concêntricas com microvazios no centro de rotação após o experimento de falha por torção.

Conclusão: No geral, o X1 Blue File e o ProDesign R mostraram maior resistência à fadiga cíclica do que os instrumentos Reciproc Blue e WaveOne Gold, enquanto o ProDesign R teve a menor resistência à torção e valores de rotação angular até a fratura. A análise de MEV de todos os instrumentos demonstrou características típicas de falhas tanto em testes de fadiga cíclica quanto em testes de falha por torção.

Introdução

As ligas de níquel-titânio (NiTi) geralmente são mais macias do que o aço inoxidável, têm um baixo módulo de elasticidade, mas são mais resistentes e resilientes à flexão, e apresentam memória de forma e superelasticidade. Essas duas últimas propriedades são as principais razões pelas quais as ligas de NiTi tiveram sucesso no desenvolvimento de instrumentos acionados por motor para a preparação de canais radiculares. No entanto, apesar dessas vantagens mecânicas, os instrumentos de NiTi ainda apresentam risco de fratura, especialmente durante o tratamento de canais radiculares curvos, o que pode comprometer o resultado da terapia endodôntica. Dessa forma, várias modificações foram propostas em seu design, cinemática e método de fabricação (tipo de liga) visando melhorar as propriedades mecânicas para prevenir fraturas. De acordo com alguns autores, o tratamento térmico da liga de NiTi altera a disposição de sua estrutura cristalina, melhorando sua flexibilidade e resistência à flexão.

O liga de NiTi convencional apresenta uma proporção quase equiatômica de níquel (~56 wt%) e titânio (~44 wt%) e existe em duas estruturas cristalinas diferentes dependentes da temperatura, chamadas fases austenita e martensita. Na fase austenítica, a liga apresenta uma propriedade superelástica superior, enquanto na fase martensítica tem um melhor efeito de memória de forma. Assim, instrumentos baseados em martensita têm maior flexibilidade e maior resistência à fadiga cíclica do que os instrumentos austeníticos do mesmo design. Portanto, vários tratamentos térmicos da liga de NiTi foram sugeridos para produzir instrumentos endodônticos com propriedades mecânicas melhoradas, incluindo a Tecnologia Azul (Dentsply Tulsa Dental Specialties, Tulsa, OK, EUA), o Fio de Memória Controlada (CM; Coltène Whaledent, Inc., Cuyahoga Falls, OH, EUA) e a Tecnologia Dourada (Dentsply Tulsa Dental Specialties). Além disso, o uso de movimento reciprocante foi alegado para aumentar a resistência dos instrumentos de NiTi à fadiga em comparação com a rotação contínua. No entanto, apesar dessas mudanças, instrumentos endodônticos de NiTi baseados em martensita ainda podem se fracturar devido a falha torsional ou carga de torque.

Na literatura, instrumentos reciprocantes à base de martensita, como Reciproc Blue (VDW, Munique, Alemanha), WaveOne Gold (Dentsply Maillefer, Ballaigues, Suíça) e ProDesign R (Easy Equipamentos Odontológicos, Belo Horizonte, Brasil), foram extensivamente testados em relação às suas propriedades mecânicas. Recentemente, um novo instrumento reciprocante à base de martensita, chamado X1 Blue File (MK Life, Porto Alegre, Brasil), foi lançado no mercado. De acordo com o fabricante, este instrumento apresenta uma ponta inativa (tamanho ISO 25) e seção transversal triangular convexa. Até agora, a fadiga cíclica e a resistência à torção dos instrumentos X1 Blue File ainda não foram testadas. Portanto, o objetivo deste estudo foi comparar a fadiga cíclica e a resistência à torção do X1 Blue File com os instrumentos reciprocantes ProDesign R, Reciproc Blue e WaveOne Gold.

Materiais e métodos

Oitenta novos instrumentos de 25 mm de comprimento de quatro sistemas reciprocantes de NiTi (n=20) foram selecionados para testes de fadiga cíclica e falha por torção: Reciproc Blue R25 (n=20; tamanho 25 na ponta e um afunilamento de 0,08 enquanto após os primeiros 3 mm o afunilamento era regressivo) (lote #37631), WaveOne Gold Primary (n=20; tamanho 25 na ponta e um afunilamento de 0,07 enquanto após os primeiros 3 mm o afunilamento era regressivo) (lote #1226916), ProDesign R (n=20; tamanho 25 na ponta e um afunilamento constante de 0,06) (lote #170096), e X1 Blue File (n=20; tamanho 25 na ponta e um afunilamento constante de 0,06) (lote #20171010). Em cada grupo, dez instrumentos foram testados para fadiga cíclica dinâmica e 10 instrumentos para resistência à torção. Todos os instrumentos foram previamente examinados quanto a defeitos visíveis ou deformidades em aumento de ×20 sob um estereomicroscópio (OPTZS; Opticam, São Paulo, Brasil). Nenhum defeito foi detectado, e os instrumentos selecionados foram submetidos aos testes.

Teste de fadiga cíclica

O teste de fadiga cíclica foi realizado utilizando um dispositivo personalizado de aço inoxidável que permitiu uma simulação reprodutível de um instrumento confinado em um canal curvado com ângulo e raio de curvatura de 80° e 3 mm, respectivamente, localizado a 4 mm de sua ponta (ponta #30, afunilamento 0.08). Esta não é a ponta e o afunilamento idênticos, mas próximos ao tamanho e afunilamento de todos os instrumentos. Como o canal artificial não era idêntico à ponta e ao afunilamento dos instrumentos, nenhuma resistência torsional foi aplicada no instrumento. Todos os testes foram realizados em solução salina a 37°C e os instrumentos (n=10 por grupo) foram operados de forma dinâmica utilizando uma peça de mão de redução 6:1 (Sirona Dental Systems GmbH, Bensheim, Alemanha) alimentada por um motor controlado por torque (VDW Silver; VDW), de acordo com as recomendações dos fabricantes. A peça de mão elétrica foi montada em um dispositivo que permitia a colocação precisa e reprodutível de cada instrumento no canal artificial feito sob medida. A amplitude do movimento axial foi de 3 mm e a velocidade do movimento foi definida em 1 ciclo (movimento completo do ponto mais alto ao ponto mais baixo) por 2 segundos. O tempo até a fratura foi registrado em segundos com um cronômetro digital e interrompido quando a fratura do arquivo foi detectada visual e/ou audivelmente.

Teste de torção

A carga de torção foi aplicada até a fratura para estimar a resistência média de torção final e o ângulo de rotação dos instrumentos testados (n=10 por grupo) usando um dispositivo feito sob medida produzido de acordo com a ISO 3630-1. O teste foi realizado a 37°C para simular condições clínicas e cada instrumento foi pressionado a 3 mm da ponta usando um mandril conectado a uma célula de carga sensível ao torque. O eixo do instrumento foi fixado em um mandril oposto capaz de ser rotacionado com um motor com engrenagem. Os instrumentos foram girados na direção anti-horária a uma velocidade de 2 rpm até a fratura do instrumento. A carga de torque (N.cm) e a rotação angular (°) foram registradas usando um torsiômetro (ODEME; Luzerna, SC, Brasil) e a resistência final de torção e o ângulo de rotação na falha foram fornecidos por um software computacional especificamente projetado (ODEME Analysis TT; ODEME).

Microscopia eletrônica de varredura

Um microscópio eletrônico de varredura (SEM; JSM 5800; JEOL, Tóquio, Japão) foi utilizado para avaliar as características topográficas das superfícies de fratura de todos os instrumentos após testes cíclicos e de torção a ×250 de ampliação.

Análise estatística

A análise de dados revelou uma distribuição em forma de sino (teste de Shapiro-Wilk; P>0,05) e a análise estatística foi realizada entre os grupos utilizando ANOVA de uma via e testes post hoc de Tukey com um erro tipo alfa definido em 5% (Biostat; Instituto Mamirauá, Tefé, Brasil).

Resultados

As médias e desvios padrão do tempo até a fratura (resistência à fadiga cíclica), torque máximo de carga e rotação angular até a fratura estão mostrados na Tabela 1. Nenhuma diferença estatística foi observada entre o tempo até a fratura do arquivo azul X1 (417±36 s) e o arquivo azul X1 (417±36 s), e os instrumentos ProDesign R (397±41 s) mostraram maior tempo até a fratura do que o Reciproc Blue (274±42 s) e o Wave One Gold (193±17 s) (P<0,05). No entanto, nenhuma diferença foi encontrada entre o X1 Blue File e o ProDesign R (P>0,05). Além disso, o Reciproc Blue demonstrou maior tempo até a fratura do que o WaveOne Gold (P<0,05). A menor resistência torsional (1,0±0,2 N.cm) e ângulo de rotação (412º±46) foi observada no grupo ProDesign R (P<0,05). As análises de SEM das superfícies fraturadas mostraram uma área de iniciação de fissura e uma zona de fratura rápida por sobrecarga após o teste de fadiga cíclica (Fig. 1), e marcas de abrasão concêntricas com microvazios no centro de rotação após o experimento de falha torsional (Fig. 2).

Discussão

A separação de instrumentos foi repetidamente relatada por vários autores desde o advento da preparação mecânica com instrumentos de liga NiTi na endodontia e explicada com base na torção excessiva e fadiga cíclica. A fratura por fadiga cíclica ocorre como resultado dos ciclos alternados de tensão e compressão aos quais os instrumentos são submetidos quando flexionados na região de máxima curvatura do canal, enquanto o estresse torsional é produzido quando as tensões de cisalhamento excedem o limite elástico do metal, causando deformação plástica e fratura. O presente estudo foi projetado para comparar a fadiga cíclica e a resistência torsional de 4 novos instrumentos reciprocantes martensíticos de NiTi chamados Reciproc Blue, WaveOne Gold, ProDesign R e o X1 Blue File.

No geral, os resultados mostraram que os instrumentos X1 Blue File e ProDesign R apresentaram um tempo de fratura maior do que os instrumentos Reciproc Blue e WaveOne Gold (Tabela 1). Uma vida útil de fadiga cíclica mais longa dos instrumentos de NiTi depende de muitos fatores, incluindo seu diâmetro, massa metálica do núcleo, flexibilidade, design da seção transversal e tipo de liga de NiTi. Foi encontrado que instrumentos de grande afunilamento usados em canais curvados podem fraturar após apenas algumas rotações. O afunilamento variável e a grande área da seção transversal dos instrumentos Reciproc Blue e WaveOne Gold em comparação com os instrumentos ProDesign R e X1 Blue File, associados à posição do segmento curvado dos canais artificiais utilizados neste estudo (4 mm da ponta), podem explicar seus menores valores no teste de fadiga cíclica. Além disso, também é possível que diferenças no tratamento térmico da liga de NiTi em cada sistema tenham influenciado o resultado final. De fato, uma publicação recente demonstrou que o Reciproc Blue tinha uma resistência à fadiga cíclica significativamente maior do que os instrumentos WaveOne Gold e M-Wire Reciproc, o que está de acordo com os resultados presentes. Além das diferenças em seu tratamento térmico e considerando que instrumentos de NiTi com uma grande massa de núcleo metálico apresentam uma diminuição em sua vida útil de fadiga cíclica com fissuras iniciando principalmente em sua borda principal, a seção transversal maior e o maior número de bordas de ataque do instrumento WaveOne Gold podem explicar seu menor tempo até a fratura em comparação com o Reciproc Blue. A análise SEM dos instrumentos mostrou aparências fractográficas dúcteis semelhantes de fraturas por fadiga cíclica com microvazios. Também foram observadas áreas de iniciação de fissuras e zonas de fraturas rápidas por sobrecarga sem diferenças morfológicas nas superfícies de fratura de todos os instrumentos avaliados (Fig. 1).

Atualmente, embora nenhuma especificação, norma internacional ou consenso tenha sido alcançado em relação ao uso de canais artificiais feitos sob medida para avaliar a propriedade de resistência cíclica de instrumentos de NiTi, esse método foi previamente validado e amplamente utilizado em estudos laboratoriais porque permite a padronização das condições experimentais, aumentando sua validade interna. No presente estudo, foram feitos esforços para que as dimensões do canal artificial fossem semelhantes à ponta e ao afunilamento dos instrumentos testados, proporcionando uma trajetória precisa, conforme relatado anteriormente. Além disso, no estudo atual, um modelo dinâmico foi utilizado com o objetivo de simular melhor o uso clínico dos sistemas de NiTi. Comparado a modelos estáticos, em um teste dinâmico, o tempo até a fratura aumenta à medida que a tensão aplicada ao instrumento se espalha ao longo do eixo sob movimentos de vai e vem. Finalmente, os testes foram realizados com o canal artificial imerso em solução salina a 37°C, considerando que esse procedimento metodológico estava associado a resultados mais confiáveis, uma vez que a temperatura corporal parece diminuir a vida útil de fadiga cíclica dos instrumentos de NiTi.

O teste de fadiga torsional mostrou que a resistência máxima à torção (1,0±0,2 N.cm) e a rotação angular até a fratura (412°±46) do instrumento ProDesign R foram significativamente menores do que os outros sistemas (Tabela 1). Esses resultados sugerem que o ProDesign R requer um torque baixo para fraturar por torção, o que significa uma alta chance de interrupção se a ponta do instrumento se prender dentro do espaço do canal radicular. Isso pode ser explicado pelo seu pequeno afunilamento (0,06), forma da seção transversal (em forma de S) e a alta flexibilidade de sua liga de NiTi tipo CM. Por outro lado, a maior distorção angular dos instrumentos Reciproc Blue e X1 Blue File (Tabela 1) pode ser uma vantagem nas clínicas, pois a deformação plástica poderia prever uma fratura iminente, indicando o momento de descartar o instrumento. A análise SEM dos instrumentos submetidos ao teste de resistência torsional demonstrou características típicas de fratura torsional, ou seja, marcas de abrasão concêntricas e pequenas depressões fibrosas do centro torsional (Fig. 2).

Conclusão

No geral, o X1 Blue File e o ProDesign R mostraram maior resistência à fadiga cíclica do que os instrumentos Reciproc Blue e WaveOne Gold, enquanto o ProDesign R teve a menor resistência à torção e os menores valores de rotação angular até a fratura. A análise de MEV das superfícies fraturadas mostrou uma área de iniciação de trincas e uma zona de fratura rápida por sobrecarga após o teste de fadiga cíclica, e marcas de abrasão concêntricas com microvazios no centro de rotação após o experimento de falha por torção.

Autores: Emmanuel J.N.L. Silva, Carolina O. Lima, Victor T.L. Vieira, Henrique S. Antunes, Edson J.L. Moreira, Marco A. Versiani

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