Artigo Inédito
Avaliação do atrito de braquetes de aço
inoxidável e estéticos auto-ligados em
diversas combinações de braquete-fio
Vittorio Cacciafesta, DDS, MSc, PhD*, Maria Francesca Sfondrini, MD, DDS**, Andrea Ricciardi, DDS***,
Andrea Scribante, DDS***, Catherine Klersy, MD, MSc****, Ferdinando Auricchio, Ms, PhD*****
Resumo
Esse estudo mensurou e comparou o nível de resistência ao atrito gerado entre os braquetes de
aço inoxidável auto-ligados (Damon SL II, SDS Ormco, Glendora, Califórnia), os braquetes
de policarbonato de auto-ligação (Oyster, Gestenco International, Göthenburg, Suécia) e os
braquetes de aço inoxidável convencionais (Victory Series, 3M Unitek, Monrovia, Califórnia);
além de 3 diferentes ligas de fio ortodôntico: de aço inoxidável (Stainless Steel, SDS Ormco),
de níquel titânio (Ni-Ti, SDS Ormco) e de beta titânio (TMA, SDS Ormco). Todos os braquetes apresentavam um encaixe de 0,22 polegadas, enquanto as ligas de fio ortodôntico foram
testadas em 3 seções diferentes: .016, .017 x .025 e .019 x 0.025. Cada uma das 27 combinações de braquete e fio foi testada 10 vezes, e cada teste foi realizado com uma nova amostra
braquete-fio. Tanto o atrito estático quanto o cinético foram mensurados em um aparelho
customizado. Todos os dados foram avaliados estatisticamente (testes U de Kruskal-Wallis
e Mann Whitney). Os braquetes de aço inoxidável de auto ligação geraram forças de atrito
estático e cinético significantemente menores do que os de aço inoxidável convencionais e os
braquetes de policarbonato autoligados, os quais não apresentaram diferença significante entre
si. Os fios de beta titânio apresentaram maior resistência ao atrito do que os de aço inoxidável
e de níquel titânio. Nenhuma diferença significante foi detectada entre os fios de aço inoxidável e de níquel titânio. Todos os braquetes apresentaram forças de atrito estático e cinético
mais elevadas ao se ampliar o tamanho do fio.
Palavras-chave: Atrito. Braquetes ortodônticos. Braquetes auto-ligados. Ligas. Fios ortodônticos.
Movimentação.
introdução
O atrito trata-se da resistência ao movimento
quando um objeto move tangencialmente contra o outro. Faz-se uma distinção entre a força de
atrito estático – a menor força necessária para se
iniciar o movimento – e a força de atrito cinético
– aquela necessária para resistir ao movimento de
rotação de um objeto sólido sobre outro em uma
velocidade constante1-4.
*Department of Orthodontics, University of Pavia, Pavia, Italy, and University of Aarhus, Aarhus, Denmark.
**Department of Orthodontics, University of Pavia, Pavia, Italy.
***Department of Orthodontics, University of Pavia, Pavia, Italy.
****Clinical Epidemiology and Biometry Unit, Scientific Direction, IRCCS San Matteo, Pavia, Italy.
*****Department of Structural Mechanics, University of Pavia, Pavia, Italy.
Dental Press
Maringá, março 2006
Avaliação do atrito de braquetes de aço inoxidável e estéticos auto-ligados em diversas combinações de braquete-fio
Para que um objeto deslize contra o outro, a
aplicação de força deve superar a força de atrito;
uma maior resistência ao atrito requer forças ortodônticas maiores5.
Diversos estudos avaliaram os fatores que influenciam a resistência ao atrito: os materiais do fio
e do braquete, as condições da superfície dos fios e
do encaixe do braquete, a seção do fio, o torque na
interface fio-braquete, o tipo e a força da ligadura, o
uso de braquetes auto-ligados, a distância inter-braquete, a saliva e a influência de funções bucais6,9.
Schumacher et al.10 afirmaram que o atrito é determinado principalmente pela natureza da ligação.
Os braquetes de auto ligação foram introduzidos
em meados dos anos de 1930 na forma de acessório
de Russel, com o objetivo de reduzir os períodos
de ligação e aprimorar a eficiência do operador11,12.
Os braquetes auto-ligados constituem sistemas de
braquetes sem ligadura que apresentam um aparelho mecânico projetado no braquete para fechar o
encaixe edgewise. Sob a perspectiva do paciente,
os braquetes de auto ligação geralmente são mais
suaves, mais confortáveis e mais fáceis de higienizar
devido à ausência de ligadura do fio13. A redução
do tempo de tratamento constitui outra vantagem
significante14. Dois tipos de braquetes auto-ligados
foram desenvolvidos: aqueles com um clipe de
mola que pressiona contra o fio, tal como o In-Ovation (GAC International, Bohemia, NY), SPEED
(Strite Industries, Cambridge, Ontário, Canadá),
e os braquetes Time (Adenta/Munique, Alemanha), e aqueles nos quais o clipe auto-ligado não
pressiona contra o fio, tal como o Activa (“A” Company, San Diego, Calif.), o TwinLock (Ormco/”A”,
Orange, Calif.) e o braquete Damon SL I recentemente desenvolvido (Ormco/”A” Company). Em
cada braquete e auto-ligação ativo ou passivo, a
quarta parede móvel do braquete é utilizada para
converter o encaixe em um tubo. Diversos estudos
demonstraram um decréscimo significante no atrito para os braquetes auto-ligados, comparados aos
modelos convencionais de braquete3,15-20. Tal redução no atrito pode auxiliar a reduzir todo o tempo
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de tratamento, especialmente em pacientes com
extração nos quais a translação dentária é alcançada
por meio da mecânica de deslizamento.
Recentemente, os braquetes Damon SL II foram introduzidos para aprimorar o sistema Damon SL I. A diferença entre essas duas gerações é
que a primeira possuía uma cobertura labial que
abria amplamente as aletas de amarra, enquanto a
segunda incorpora uma lâmina retangular e plana
entre estas aletas21.
Os braquetes de policarbonato auto-ligados
recentemente introduzidos foram desenvolvidos
no sentido de aprimorar a estética durante o tratamento ortodôntico e manter as características dos
aparelhos convencionais auto-ligados. Entretanto,
não temos conhecimento de um estudo que tenha avaliado o atrito produzido por esses novos
produtos. Da mesma forma, o objetivo dessa investigação foi comparar as forças de atrito geradas por 3 tipos de braquetes (de aço inoxidável
convencional, de aço inoxidável auto-ligado e de
policarbonato auto-ligado) em combinação com 3
ligas de fio diferentes (aço inoxidável, níquel titânio e beta titânio) de seções distintas (.016, .017 x
.025 e .019 x .025).
Material e Métodos
Três tipos de braquetes de canino superior préajustados foram testados: o braquete de aço inoxidável convencional (Victory Series, 3M Unitek,
Monrovia, Calif.), o de aço inoxidável auto-ligado
(Damon SL II, SDS Ormco, Glendora, Calif) e os
braquetes de policarbonato auto-ligados (Oyster,
Gestenco International, Göthenburg, Suécia). Três
tipos de ligas de fio ortodôntico foram testados:
de aço inoxidável (Stainless Steel, SDS Ormco),
de níquel titânio (Ni-Ti, SDS Ormco) e de beta
titânio (TMA, SDS Ormco). Todos os braquetes
apresentavam um encaixe de .022 polegadas e foram testados com cada tipo de liga de fio em 3 seções diferentes: .016, .017 x .025, e .019 x .025.
Um total de 270 amostras de braquete e fio foram avaliados (Tab. 1). Cada braquete foi testado
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apenas uma vez, cada espécime de fio foi utilizada
em apenas 1 braquete com o objetivo de eliminar
a influência de uso5.
Uma máquina de teste com uma célula de carga com tensão de 10-lb, ajustada em um limite de
1 lb e calibrada de 0 a 1000g foi utilizada nesse
experimento.
Isso possibilitou o deslizamento do braquete
ao longo de um fio ortodôntico e o registro das
forças de atrito. O estudo foi realizado em condições secas. Cada braquete foi montado sobre um
gabarito ajustado a uma cruzeta da máquina de
teste. Os comprimentos contínuos de fios a serem
testados foram ajustados ao encaixe do braquete
e ligados passivamente às aletas de amarra com
ligaduras elásticas (Leone, Florença, Itália) para
os braquetes auto-ligados. A taxa de movimento
foi de 2,5mm/minuto e cada teste foi realizado
durante 2 minutos. Após cada teste, paralisou-se
a máquina de teste, removeu-se o braquete e a
montagem de fio e posicionou-se uma nova montagem. Isso foi realizado para 10 avaliações não
repetidas para cada combinação braquete-fio (Fig.
1). A célula de carga registrou os níveis de força
necessários para se movimentar o braquete ao longo do fio, e os níveis foram transmitidos para um
disquete de computador.
Os dados foram registrados em um registrator
XY. O eixo X registrou o movimento do braquete
em milímetros por tempo de experimento em se-
Tabela 1 - Modelo e estudo
Braquetes
Ligas de fio
Victory
ss
Seções de fio (in)
.016
.017 x .025
.019 x .025
Ni-Ti
.016
.017 x .025
.019 x .025
TMA
.016
.017 x .025
.019 x .025
Damom SL II
ss
.016
.017 x .025
.019 x .025
Ni-Ti
.016
.017 x .025
.019 x .025
TMA
.016
.017 x .025
.019 x .025
Oyster
ss
.016
.017 x .025
.019 x .025
Ni-Ti
.016
.017 x .025
.019 x .025
TMA
.016
.017 x .025
.019 x .025
FIGURA 1 - Aparelho teste.
Cada grupo com a combinação braquete-fio abrangeu 10 espécimes
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Avaliação do atrito de braquetes de aço inoxidável e estéticos auto-ligados em diversas combinações de braquete-fio
gundos. O eixo Y registrou a força de atrito entre
o braquete e o fio em gramas.
O atrito estático foi calculado no pico inicial do
movimento. O atrito cinético foi mensurado calculando-se a média de 10 registros, 5 segundos separadamente no eixo Y após o pico de atrito estático.
A estatística descritiva, incluindo a média, o
DP, os valores médio, mínimo e máximo, foi calculada para cada combinação braquete-fio. O teste
de Kruskal-Wallis foi utilizado para avaliar o efeito do tipo de braquete, a liga do fio e a seção sobre
a resistência ao atrito. Para o texto post hoc utilizou-se o teste U de Mann-Whitney e aplicou-se o
ajuste de Bonferroni.
Subseqüentemente, um modelo de regressão
linear foi ajustado para avaliar o efeito combinado
de 3 variáveis (braquete, liga e seção) e sua interações. O nível de significância para todos os testes
foi fixado em P < .05.
Todas as análises estatísticas foram realizadas
com o software Stata 7 (Stata, College Station,
Text).
nadas: tipo de braquete, liga do fio e seção. A estatística descritiva de atrito estático e cinético para
cada combinação braquete-fio pode ser observada
nas Tabelas II e III, respectivamente.
As comparações emparelhadas post hoc demonstraram que os braquetes Damon SL II produziram forças de atrito significantemente mais
baixas do que os braquetes de aço inoxidável convencionais e os estéticos auto-ligados, tanto para o
atrito estático quanto cinético (P = .000). Nenhuma diferença estatisticamente significante foi detectada entre os braquetes Victory e Oyster para
os atritos estático e cinético (P = 2,08) (Fig. 2).
O texto de Kruskal-Wallis apresentou um efeito significante da liga (P = .0001).
As comparações emparelhadas post hoc demonstram que os fios de beta titânio produziram
forças de atrito estático e cinético significantemente maiores com todos os tipos de braquete de aço
inoxidável e de níquel titânio (P = .000). Nenhuma diferença significante foi detectada entre os fios
de níquel titânio e de aço inoxidável para o atrito
estático (P = .47) e cinético (P = .34) (Fig. 3).
Um efeito significante da seção do fio (P =
0,0001) foi demonstrado com o teste de KruskalWallis.
Resultados
As seguintes variáveis envolvidas na determinação do atrito estático e cinético foram exami-
Tabela 2 - Estatística descritiva de forças de atrito estático (em gramas)
Variáveis
No de observações
Média
DP
Mínimo
Médio
Máximo
90
46.53
24.47
10.88
41.81
136.61
Oyster
90
115.99
47.80
32.92
100.66
232.18
Victory
90
116.63
56.36
31.96
104.21
267.75
Ni-Ti
90
69.96
33.60
10.88
62.08
159.28
SS
90
82.37
49.34
12.33
80.85
229.04
TMA
90
126.82
63.02
29.75
134.31
267.75
Braquete
Damon SL II
Liga do fio
Seção do fio
(interna)
.016
90
72.39
43.04
12.33
67.96
202.94
.017 x .025
90
95.18
56.13
10.88
86.00
232.18
.019 x .025
90
111.57
59.63
16.06
93.58
267.75
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Tabela 3 - Estatística descritiva de forças de atrito estático (em gramas)
Variáveis
No de observações
Média
DP
Mínimo
Médio
Máximo
90
39.87
22.19
9.64
33.89
119.84
Braquete
Damon SL II
Oyster
90
91.04
42.74
21.04
79.48
201.70
Victory
90
100.06
50.75
25.13
90.23
249.79
Ni-Ti
90
56.99
29.36
9.64
51.37
138.71
SS
90
69.61
43.36
11.12
66.53
171.91
TMA
90
104.37
55.38
18.88
104.96
249.79
90
55.78
31.85
11.12
46.71
146.27
.017 x .025
90
78.81
49.18
9.64
68.53
201.70
.019 x .025
90
96.38
52.49
13.76
84.69
249.79
Liga do fio
Seção do fio
(interna)
.016
FIGURA 2 - Atritos estático e cinético médios (em gramas) e DP de 3 braquetes testados.
detectada entre os 2 fios retangulares diferentes
(Fig. 4).
O modelo de regressão linear generalizado demonstrou efeitos independentes das 3 variáveis e
interações entre si.
Para o atrito estático, as interações entre o bra-
As comparações emparelhadas post hoc revelaram que ambos os fios retangulares produziram
forças de atrito significantemente maiores com todos os tipos de braquete do que os fios redondos
(P < .023) para o atrito estático e cinético. Nenhuma diferença estatisticamente significante foi
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Avaliação do atrito de braquetes de aço inoxidável e estéticos auto-ligados em diversas combinações de braquete-fio
FIGURA 3 - Atritos estático e cinético médios (em gramas) e DP de 3 ligas de fio testadas.
FIGURA 4 - Atritos estático e cinético médios (em gramas) e DP em 3 seções de fio testadas.
quete e a seção, entre o braquete e a liga, e entre a
liga e a seção foram estatisticamente significantes
(P < .0004).
O efeito da liga foi altamente significante com
todos os 3 tipos de braquete (P = .000) (Fig. 5B).
quete e a seção e entre o braquete e a liga foram
estatisticamente significantes (P < .0009), particularmente ao se avaliar o efeito da liga com todas os
3 tipos de braquete (P = .000) (Fig. 5.A).
Para o atrito cinético, as interações entre o bra-
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FIGURA 5 - A) Valores médios de atrito estático; B) valores médios de atrito cinético das interações entre o braquete e a liga para as 3 seções investigadas.tadas.
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policarbonato auto-ligados recentemente introduzidos. Uma explanação possível para os valores
de atrito reduzidos é que a tampa de auto-ligação
não pressiona contra o fio, e quando a tampa é fechada, o encaixe é essencialmente convertido em
um tubo; conseqüentemente, os valores de atrito
tornam-se semelhantes àqueles produzidos por
braquetes de aço inoxidável convencionais. Portanto, em pacientes com necessidades estéticas,
os braquetes de policarbonato auto-ligados representam uma alternativa válida para os braquetes
cerâmicos, os quais produzem maior resistência
ao atrito do que os braquetes de aço inoxidável
convencionais4,25-31.
O presente estudo também demonstrou que a
liga do fio influencia o atrito de forma significante: os fios de beta titânio geraram maior atrito do
que os fios de aço inoxidável e de níquel titânio
para todas as combinações braquete-fio. Esses resultados confirmam outros relatados em estudos
anteriores4,32-35. Uma explicação para o maior atrito com os fios de beta titânio pode ser a aderência
do material do fio para o material do encaixe do
braquete durante o experimento36.
Ao contrário, nenhuma diferença significante
foi detectada entre os fios de níquel titânio e de
aço inoxidável Isso está de acordo com os resultados de Loftus et al.4 Entretanto, estudos anteriores
que compararam a resistência ao atrito daquelas 2
ligas apresentaram resultados conflitantes: alguns
detectaram forças ao atrito maiores com os fios de
aço inoxidável24,25. e outros com os fios de níquel
titânio1,37,38 Essa variabilidade ocorre provavelmente devido às diferenças nos ambientes experimentais e aos sistemas de aquisição33, ao ponto
diferente de aplicação de força39 e à angulação distinta entre o braquete e o fio, a qual em muitos estudos não corresponde a zero22,24. Portanto, tornase complexa uma comparação direta dos diversos
estudos publicados sobre esse tópico.
Considerando-se o efeito da seção do fio, detectamos que cada uma das 3 ligas de fio apresentou valores mais elevados de força de atrito
Discussão
A magnitude de força apropriada durante o
tratamento ortodôntico resultará em uma resposta ideal do tecido e em uma movimentação dentária rápida. Durante a mecanoterapia envolvendo
o movimento do braquete ao longo do fio, o atrito
na interface braquete-fio pode evitar o alcance
de níveis ideais de força nos tecidos de suporte.
Portanto, uma compreensão das forças necessárias
para superar o atrito torna-se importante de forma que a magnitude apropriada de força possa ser
utilizada para produzir a movimentação dentária
biológica ideal22. Para elucidar a natureza de atrito entre o fio e o braquete, diversas variáveis, tais
como o material do braquete, o material do fio e a
seção do fio devem ser avaliadas23.
Os resultados apresentados aqui demonstraram que os braquetes Damon SL II produziram
resistência ao atrito estático e cinético significantemente menor do que os braquetes de aço inoxidável convencionais e os estéticos auto-ligados.
Nossos resultados estão de acordo com aqueles de
estudos anteriores que detectaram que os braquetes de aço inoxidável auto-ligados geraram uma
resistência ao atrito menor do que os braquetes
de aço inoxidável convencionais3,13,16,17,19,20. A diferença nos níveis de atrito entre os braquetes de
aço inoxidável convencionais e os de policarbonato auto-ligados pode ser explicada pela diferença
no modelo estrutural de cada corpo de braquete,
além da composição do material do encaixe e da
tampa do braquete13.
Nenhuma diferença estatisticamente significante foi detectada entre os braquetes Victory e
Oyster, tanto para o atrito estático quanto o cinético Os poucos estudos que experimentaram avaliar a resistência ao atrito de braquetes plásticos
demonstraram que os braquetes de policarbonato
convencionais apresentaram resistência ao atrito
significantemente maior do que os de aço inoxidável convencionais24. Não temos conhecimento
de nenhum estudo publicado que tenha avaliado
a resistência ao atrito produzida por braquetes de
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Cacciafesta, V.; Francesca M. S.; Ricciardi, A.; Scribante, A.; Klersy, C.; Auricchio, F.
ao se ampliar o tamanho do fio. Resultados semelhantes foram relatados em diversos estudos3,6,7,9,16,18,22,28,33,38,40,41.
O modelo de regressão linear generalizado utilizado nesse estudo demonstrou um efeito independente das 3 variáveis (braquete, liga do fio e
seção do fio) e interações entre si. Em particular,
a interação entre o braquete e a liga foi altamente
significante tanto para o atrito estático quanto o
cinético Isso pode ser considerado como a expressão de um comportamento diferente de cada tipo
de braquete em combinação com cada uma das 3
ligas de fio diferentes.
Finalmente, as forças de atrito estático foram
maiores do que as cinéticas em todas as combinações braquete-fio, confirmando o que fora relatado
em estudos anteriores31,42,43.
O alto DP observado nessa investigação, como
aqueles relatados em estudos anteriores que avaliaram diferentes combinações braquete-fio4,5,28,
pode ser explicado pela ampla população de
amostra e pode estar relacionado ao fato de que
as mensurações concisas se referem aos diferentes
fios e braquetes associados entre si com sua grande
variabilidade intrínseca. O alto DP nas forças de
atrito do braquete pode ser devido às diferentes
ligas de fio e tamanhos, enquanto o DP nas forças
de atrito do fio pode ser devido aos diferentes materiais do encaixe do braquete.
Essa investigação foi realizada sob condições ideais, em uma configuração passiva de
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atrito, como demonstrado em relatos anteriores4,5,13,19,25,27,28,31,41,43. Os estudos sobre atrito em
uma configuração ativa (com diferentes angulações do braquete) ainda estão em andamento em
nosso departamento, e será útil no futuro comparar aqueles resultados com outros alcançados no
estado passivo.
Conclusões
Esse estudo demonstrou que os braquetes de
aço inoxidável autoligados geraram forças de atrito estético e cinético significantemente menores
do que os braquetes de aço inoxidável convencionais e de policarbonato autoligados, os quais não
apresentaram diferença significante entre si. Os
fios de beta titânio apresentaram resistências ao
atrito mais elevadas do que os de aço inoxidável e
de níquel titânio. Nenhuma diferença significante
foi detectada entre os fios de aço inoxidável e os
de níquel titânio. Todos os braquetes apresentaram
forças de atrito estático e cinético maiores ao se
ampliar o tamanho do fio. Em pacientes com necessidades estéticas, os braquetes de policarbonato auto-ligados constituem uma alternativa válida
para os braquetes de aço inoxidável convencionais
e os cerâmicos.
Agradecimentos
Agradecemos a 3M Unitek, SDS Ormco, Gestenco International e Leone pelo fornecimento
dos materiais testados nesse estudo.
Maringá, março 2006
Avaliação do atrito de braquetes de aço inoxidável e estéticos auto-ligados em diversas combinações de braquete-fio
Evaluation of friction of stainless steel and esthetic self-ligating brackets in
various bracket-archwire combinations
Abstract
This study measured and compared the level of frictional resistance generated between stainless steel self-ligating
brackets (Damon SL II, SDS Ormco, Glendora, Calif), polycarbonate self-ligating brackets (Oyster, Gestenco International, Göthenburg, Sweden), and conventional stainless steel brackets (Victory Series, 3M Unitek, Monrovia,
Calif), and 3 different orthodontic wire alloys: stainless steel (Stainless Steel, SDS Ormco), nickel-titanium (Ni-Ti,
SDS Ormco), and beta-titanium (TMA, SDS Ormco). All brackets had a .022-in slot, whereas the orthodontic wire
alloys were tested in 3 different sections: .016, .017 x .025, and .019 x 0.025 in. Each of the 27 bracket and archwire
combinations was tested 10 times, and each test was performed with a new bracket-wire sample. Both static and
kinetic friction were measured on a custom-designed apparatus. All data were statistically analyzed (Kruskal-Wallis
and Mann Whitney U tests). Stainless steel self-ligating brackets generated significantly lower static and kinetic frictional resistances than stainless steel and nickel-titanium archwires. No significant differences were found between
stainless steel and nickel-titanium archwires. All brackets showed higher static and kinetic frictional forces as the
wire size increased.
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