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Avaliação do atrito em bráquetes
auto-ligáveis submetidos à mecânica
de deslize: um estudo in vitro
Mariana Ribeiro Pacheco*, Dauro Douglas Oliveira**, Perrin Smith Neto***, Wellington Correa Jansen****
Resumo
O atrito gerado na interface bráquete/fio durante a mecânica de deslize pode reduzir a eficiência da movimentação ortodôntica. O método de ligação do fio ao bráquete exerce importante
papel na determinação desse atrito. O presente estudo comparou a força de atrito gerada entre
quatro tipos de bráquetes auto-ligáveis (Time®, Damon 2®, In-Ovation R® e Smart Clip®) com
um grupo de bráquetes ortodônticos convencionais (Dynalock®) associados à ligaduras elásticas
tradicionais (Dispens-A-Stix®), que serviu como grupo controle. A força de atrito estático foi
mensurada através da máquina universal de ensaios EMIC® DL 500 com dois fios de aço inoxidável com secção transversal 0.018” e 0.017 x 0.025”. Análise de variância ANOVA e teste
de Tukey mostraram baixos níveis de atrito nos quatro bráquetes auto-ligáveis associados ao fio
0.018” (P<0,05). Entretanto, os resultados observados quando os bráquetes auto-ligáveis foram
testados com fios 0.017 x 0.025” mostraram alta resistência ao deslize nos grupos de bráquetes
auto-ligáveis ativos.
Palavras-chave: Atrito. Bráquetes ortodônticos. Bráquetes auto-ligáveis. Mecânica de Deslize.
INTRODUÇÃO
O atrito existente na mecânica ortodôntica
de deslize consiste em uma dificuldade clínica
para o ortodontista, uma vez que altos níveis de
atrito diminuem a efetividade da mecânica, reduzindo a velocidade de movimentação dentária
e dificultando o controle da ancoragem. Nessas
condições, o tratamento ortodôntico se tornaria
mais complexo4.
Na busca por condições ideais para a condução da terapia ortodôntica, têm-se como um dos
objetivos a redução da força de atrito criada na
interface bráquete/fio/ligadura12. Isto implicaria
na utilização de forças mais leves, porém ainda suficientes para a promoção da movimentação dentária. Dessa forma, haveria maior compatibilidade
biológica e menor desconforto do paciente.
Segundo Rossouw14, atrito é uma força que resiste ao movimento de uma superfície contra outra
e que age em direção oposta à da movimentação
desejada. Os tipos de força de atrito distinguem-se
em atrito estático e cinético. O estático é a menor
*Mestre em Ortodontia pela PUC Minas, Belo Horizonte/MG.
**Mestre em Ortodontia pela Marquette University, Milwaukee/EUA; Doutor em Ortodontia pela UFRJ, Rio de Janeiro/RJ; Coordenador do Mestrado em
Ortodontia, PUC Minas, Belo Horizonte/MG.
***Mestre em Engenharia Mecânica pela USP, São Paulo/SP; Doutor em Engenharia Mecânica pela USP, São Paulo/SP e Universitat Stuttgart/ Alemanha;
Pós-Doutor pela University of British Columbia, Vancouver, Canadá.
****Mestre em Prótese Dentária, USP, Bauru/SP; Doutor em Materiais Dentários, USP, São Paulo/SP; Professor Adjunto da PUC Minas, Belo Horizonte/MG.
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Esses acessórios consistem em bráquetes que
não necessitam de ligaduras para prender o fio à
canaleta, pois eles apresentam um dispositivo mecânico, construído em sua face vestibular, que é
capaz de fechar a canaleta do bráquete, impedindo que o fio se solte. Alguns sistemas de bráquetes auto-ligáveis não pressionam o fio ortodôntico contra a parede interna de sua canaleta, sendo
considerados bráquetes auto-ligáveis passivos1,2.
Nesses acessórios, a tampa funciona apenas como
uma barreira que mantém o arco dentro da canaleta. Com a introdução dos sistemas de bráquetes
auto-ligáveis ativos, a tampa da canaleta poderia
ou não aplicar pressão sobre o fio dependendo do
diâmetro do fio utilizado1,2.
As proposições do presente estudo foram: 1)
avaliar a força de atrito estático em bráquetes auto-ligáveis passivos e ativos associados a fios ortodônticos de aço inoxidável com diâmetro 0,018”;
e 2) avaliar a força de atrito estático em bráquetes
auto-ligáveis passivos e ativos associados a fios or-
força necessária para se iniciar um movimento entre objetos sólidos que se encontravam em repouso.
Por outro lado, a força de atrito cinético é aquela
que resiste ao movimento de deslize de um objeto
sólido contra outro, em uma velocidade constante11. O atrito cinético é sempre menor que o atrito
estático, já que é mais difícil tirar um corpo da situação de repouso do que, posteriormente, perpetuar
o movimento11. Na Ortodontia, um dente submetido ao movimento de deslize ao longo do arco sofre
um movimento alternado de inclinação e verticalização, deslocando-se em pequenos incrementos10.
Portanto, o fechamento de espaços depende mais
do atrito estático do que o cinético.
Dentre as inúmeras tentativas para redução
do atrito, quanto ao desenho do bráquete, a idéia
dos chamados bráquetes auto-ligáveis, ou seja, que
não necessitam de ligaduras para amarração do fio
ortodôntico, surgiu em 1935 com o aparelho de
Russel Lock. Desde então, outros acessórios com
tal conceito vêem sendo desenvolvidos (Tab. 1).
tabela 1 - Desenvolvimento dos bráquetes auto-ligáveis.
NOME COMERCIAL
FABRICANTE
ANO DE INTRODUÇÃO NO
MERCADO
DESENHO DO
BRÁQUETE
Speed
Strite Industries(Ontário, Canadá)
1975
Ativo
Activa
A Company
(San Diego, CA, Estados Unidos)
1986
Ativo
Time
American Orthodontics
(Sheboygan, WI, Estados Unidos)
1994
Ativo
Damon SL
Ormco Corporation
(Glendora, CA, Estados Unidos)
1996
Passivo
Twin Lock
Ormco Corporation
(Glendora, CA, Estados Unidos)
1998
Passivo
Damon 2
Ormco Corporation
(Glendora, CA, Estados Unidos)
1999
Passivo
In-Ovation
GAC internacional
(Bohemia, NY, Estados Unidos)
1999
Ativo
Damon 3
Ormco Corporation
(Glendora, CA, Estados Unidos)
2004
Passivo
Smart Clip
3M/Unitek
(Monrovia, CA, Estados Unidos)
2004
Passivo
Damon MX
Ormco Corporation
(Glendora, CA, Estados Unidos)
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Glendora, CA, EUA) e Smart Clip® (3M Unitek,
Monrovia, CA, EUA) (Fig. 1).
No grupo controle foram utilizados bráquetes ortodônticos convencionais de aço inoxidável
(Dynalock®, 3M/Unitek, Monrovia, CA, EUA),
associados a ligaduras elásticas convencionais
Dispens-A-Stix® (TP Orthodontics, La Porte, IN,
EUA), de cor cinza.
Todos os bráquetes eram de incisivo central superior direito, com canaleta 0,022 x 0,028” e prescrição Roth (angulação de 5° e torque de 12°). O
fabricante do Smart Clip® não produz o bráquete
na prescrição Roth, por isso utilizou-se a prescrição mais semelhante disponível, que é MBT (angulação de 4° e torque de 17°).
Para a realização dos testes foram usados fios
de aço inoxidável com calibre de 0,018” e 0,017
x 0,025” (3M/Unitek, Monrovia, CA, EUA). Haviam 20 unidades de cada tipo de bráquete, sendo
que 10 foram testadas com o fio redondo e as outras 10 com fio retangular. Cada corpo de prova,
formado por bráquete/fio, foi submetido a cinco
testes consecutivos, a fim de se aumentar a confiabilidade dos resultados alcançados, totalizando
400 testes realizados.
todônticos de aço inoxidável com diâmetro 0,017
x 0,025”, durante simulação in vitro da mecânica
de deslize.
Metodologia
Material
Foram avaliados quatro tipos de bráquetes auto-ligáveis, sendo dois ativos- Time 2® (American
Orthodontics, Sheboygan, WI, EUA) e In-Ovation
R® (GAC Internacional, Bohemia, NY, EUA) - e
dois passivos - Damon 2® (Ormco Corporation,
A
B
C
D
E
F
G
H
Método
Para a avaliação da força de atrito nos sistemas
estudados, utilizou-se uma máquina universal de
ensaios EMIC DL 500 (EMIC Equipamentos e
Sistemas de Ensaio Ltda, São José dos Pinhais, PR,
Brasil), pertencente ao Laboratório de Análise Estrutural do Departamento de Engenharia Mecânica da PUC Minas. Utilizou-se célula de carga de
5N, com velocidade de 1mm/min (Fig. 2A). Os resultados obtidos, correspondentes à força de atrito
estático, foram transmitidos para o computador
ligado à máquina de ensaio.
Para simulação da mecânica de deslize, utilizou-se teste de tração estática em linha reta, com
o bráquete permanecendo em repouso em relação à sua base e com o fio deslizando ao longo
da canaleta. Para isso, construiu-se um dispositivo
FIGURA 1 - Bráquetes auto-ligáveis testados: Time 2®-(A) Vista frontal e
(B) Vista lateral; In-Ovation R® (C) Vista frontal e (D) Vista lateral; Damon
2® (E) Vista frontal e (F) Vista lateral; Smart Clip® (G) Vista frontal e (H)
Vista lateral.
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A
FIGURA 3 - Dispositivo de fio de aço 0,021 x
0,025” em formato de “U “ usado na colagem
dos bráquetes.
B
FIGURA 2 - (A) Máquina universal de ensaios EMIC e (B) Dispositivo para teste.
lagem, o ângulo de entrada do fio foi igual a zero.
Esses auxiliares conferiram precisão e reprodutibilidade no posicionamento dos bráquetes de todos
os corpos de prova. Além disto, era importante se
garantir que o fio estava passivo no bráquete antes
da amarração do mesmo. Sabe-se que a resistência
ao atrito, durante a realização dos testes, seria o
atrito produzido pelo método de amarração (seja
o elástico ou o sistema de fechamento do braquete
auto-ligável) somado a qualquer inclinação entre
o fio e o bráquete produzido como resultado do
fio não-passivo na canaleta do bráquete8. Portanto,
para que fosse mensurado apenas o atrito existente na interface braquete/fio ou braquete/fio/ligadura, preconizou-se o alinhamento passivo do fio
na canaleta, ou seja, sem qualquer angulação.
O segmento de fio ortodôntico utilizado nos
corpos de prova tinha 3cm de comprimento. Em
sua extremidade superior confeccionou-se um
gancho, com formato padronizado, que era encaixado na placa superior do dispositivo. Cada segmento de fio foi avaliado através de um projetor
de perfil (Micro VU, modelo H14, São Paulo, Brasil)(Fig. 4). O objetivo desse exame foi conferir a
padronização das dobras e determinação precisa
do longo eixo do segmento do fio, fatores estes
em alumínio, que era conectado à célula de carga
através de garras. Este dispositivo continha duas
placas, uma inferior na qual era feito a colagem
dos bráquetes e que permanecia imóvel, e outra
superior, onde conectava-se o segmento de fio ortodôntico do corpo de prova que sofria deslocamento (Fig. 2B).
Todos os corpos de prova foram preparados
pelo mesmo operador. Os bráquetes e fios receberam limpeza com álcool etílico 70%, com intuito
de evitar a presença de substâncias oleosas ou sujidades que pudessem interferir nos resultados encontrados. A colagem dos bráquetes foi feita com
cola instantânea a base de éster de cianoacrilato
(Super Bonder, Loctite Henkel, SP, Brasil). Durante o processo de posicionamento dos bráquetes,
teve-se o cuidado de manter o paralelismo da base
do bráquete em relação à placa de alumínio.
A padronização do posicionamento do bráquete foi feita com auxílio de um dispositivo em fio
de aço 0,021 x 0,025” em formato de “U”, que
era colocado na canaleta do bráquete e suas extremidades encaixadas em furos da placa, conforme
pode ser observado na figura 3. Como a canaleta
do bráquete e o fio ortodôntico tornaram-se colineares, devido à forma de posicionamento para co-
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A
B
C
FIGURA 4 - A) Projetor de perfil; (B) Projeção do segmento de fio com o gancho e (C) Conferência do longo eixo do gancho, utilizando uma folha de papel
branco com um diagrama de conferência.
bráquete In-Ovation R® apresentou os maiores
valores médios de atrito, apenas no fio retangular,
como pode ser observado no gráfico 1.
Com a finalidade de localizar as diferenças
significativas entre as combinações avaliadas, utilizou-se o método DMS (Diferença Mínima Significativa), a um nível de significância p<0,05. Comparando-se os bráquetes auto-ligáveis testados
com o fio de secção transversal redonda, não houve diferença significativa (p<0,05) quanto à força
de atrito entre os quatro tipos de bráquetes testados. Além disso, todos os bráquetes auto-ligáveis
exibiram força de atrito significativamente menor
do que o grupo controle(Gráf. 1). Os bráquetes
auto-ligáveis apresentaram força de atrito aproximadamente 95% menor que os convencionais.
Considerando-se os testes com fio retangular,
os bráquetes In-OvationR® e Time® apresentaram níveis de força de atrito estatisticamente semelhantes ao grupo controle (p<0.05), enquanto
os grupos compostos por bráquetes Damon2®
e Smart Clip® exibiram níveis de atrito estático
significativamente menores (p<0.05) do que o
grupo controle.
importantes no direcionamento vertical das forças
aplicadas pela máquina universal de ensaio.
Durante a preparação dos corpos de prova
do grupo controle, a inserção da ligadura elástica
ocorreu de forma padronizada. Para isto, utilizouse um dispositivo para inserção de ligaduras elásticas Straight-Shooter® (TP Orthodontics, La Porte,
IN, EUA), o que permitiu a mesma extensão das
ligaduras no momento de sua inserção.
Resultados
Através do teste não-paramétrico de KruskalWallis, verificou-se que a repetição dos testes do
mesmo corpo de prova em até 5 vezes não resultou em alteração significativa na força de atrito
estático (p<0.05). Como o atrito não foi influenciado pelo número de repetições dos testes (isto
é, se foi o 1°, 2°, 3°, 4° ou 5°), utilizou-se a média
dos testes de cada corpo de prova para se avaliar as
diferenças entre os materiais testados.
Na análise descritiva dos fios, os de secção
transversal retangular 0,017 x 0,025” apresentaram maior média de força de atrito do que os de
secção transversal redonda 0,018” (p<0.05). O
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entre a resistência ao atrito e o desgaste é incerta, já que esta relação também sofre interferência da rigidez do material12. No presente estudo,
como foram testados sistemas de baixa fricção,
nos quais ocorrem menor interação do fio com
a canaleta, dessa forma, a influência de possíveis
alterações superficiais dos bráquetes poderiam
não ter valor significativo.
Os bráquetes ortodônticos testados apresentavam angulação e torque incorporados em sua
canaleta. Como todos os bráquetes foram colados com o dispositivo em aço inoxidável 0,021
x 0,025”, obteve-se o mesmo ângulo de entrada
do fio na canaleta em todos os bráquetes, eliminando-se desta forma, a influência da prescrição da angulação. Sabe-se que, quanto maior o
torque, menor o contato do fio nas paredes da
canaleta. Apesar do bráquete auto-ligável Smart
Clip® apresentar-se com 17° de torque e os demais bráquetes testados 12°, essa diferença parece não ter exercido influência sobre os níveis
de atrito encontrados neste trabalho. Isto pode
estar associado ao fato da secção transversal dos
fios utilizados (0,018” e 0,017 x 0,025”) não
preencher totalmente as canaletas dos bráquetes (0,022 x 0,028”).
Os resultados mostraram que todos os bráquetes auto-ligáveis testados exibiram níveis de
força de atrito semelhantes, quando utilizados
com fio de secção transversal redondo 0.018”
de aço inoxidável, mostrando valores próximos
ou iguais a zero. Este achado pode estar relacionado à angulação de 0° existente entre o fio e
as paredes da canaleta durante a realização dos
testes. Como o diâmetro do fio era reduzido em
relação à dimensão da canaleta, o baixo atrito
reflete a ausência da força normal12 .
Quando testados com o fio de secção transversal retangular 0,017 x 0,025”, os bráquetes
In-Ovation R® e Time® demonstraram maiores
níveis de força de atrito, quando comparados
aos bráquetes Damon 2® e Smart Clip®. Essa
diferença pode estar associada ao sistema de fe-
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In-Ovation®
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Smart Clip®
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In-Ovation®
Braquetes
Damon 2®
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Atrito (N)
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GRÁFICO 1 - Ilustração gráfica em Box Plot da força de atrito com os
diferentes bráquetes e fios testados.
Discussão
Na Ortodontia, quando um dente é submetido à mecânica de deslize ao longo do arco,
ocorrem movimentos cíclicos de inclinação e
verticalização, e o deslocamento se desenvolve
em pequenos incrementos10. Como o atrito cinético ocorre entre dois objetos sob um movimento uniforme com velocidade constante, foi
considerado que a movimentação ortodôntica
depende mais do atrito estático que do cinético,
sendo o segundo aspecto de pouca relevância na
prática clínica13. Portanto, este trabalho optou
por registrar apenas a força de atrito estático.
Dentre os materiais testados neste estudo, ficou constatado que não houve uma relação significativa entre a repetição dos testes do
mesmo corpo de prova em até cinco vezes e o
aumento da força de atrito estático. Entretanto,
Kapur, e colaboradores7 observaram, através de
microscopia eletrônica de varredura, a presença
de alterações da superfície do bráquete e/ou do
fio, como a ocorrência de ranhuras e desgastes
nas paredes da canaleta do bráquete e na superfície do fio, quando utilizaram duas vezes segmentos de fios retangulares de aço inoxidável
no bráquete de titânio ou aço inoxidável. Estes
pesquisadores justificaram o aumento da força
de atrito devido à estas alterações superficiais
observadas. Entretanto, sabe-se que a interação
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te estudo. De acordo com esses trabalhos, com
fios de diâmetro reduzido, não houve diferença
significativa entre os valores de atrito. Entretanto, quando arcos retangulares foram testados, os
acessórios ativos mostraram maior resistência ao
deslizamento do que os bráquetes passivos.
Na avaliação do bráquete In-Ovation R®,
é preciso considerar a grande discrepância da
força de atrito encontrada com o fio 0,018” e
0,017 x 0,025”. Isto enfatiza o papel do sistema
de fechamento deste bráquete sobre o atrito, já
que o efeito da tampa do sistema de fechamento depende da presença ou ausência de contato
entre ela e o fio, da estrutura superficial do fio e
da força Normal exercida pela tampa. Entretanto, é importante que se considere a angulação
do fio em relação à canaleta, variável esta que
não foi incluída neste estudo, mas que tem efeito extremamente importante sobre a resistência
ao deslize3,17,18. Apesar do bráquete In-Ovation
R® apresentar altos níveis de atrito com fio retangular, em determinadas condições biomecânicas, isto pode ser uma vantagem deste tipo
de acessório, como por exemplo, quando há a
necessidade de se controlar o torque de dentes
posteriores.
Os resultados encontrados neste estudo
demonstraram que os bráquetes auto-ligáveis
possuem níveis mais baixos de atrito do que os
acessórios convencionais. Como a eficiência da
terapia com aparelhos ortodônticos fixos depende, dentre outras coisas, da fração da força liberada em relação à força aplicada, teoricamente,
pode-se afirmar que baixos níveis de força de
atrito poderiam tornar o tratamento mais eficiente. Entretanto, um dos poucos estudos clínicos que comparou bráquetes auto-ligáveis com
convencionais9, durante a fase de alinhamento
e nivelamento, não esclareceu ainda as verdadeiras implicações destes dispositivos na prática
ortodôntica. Outras questões importantes que
envolvem os acessórios auto-ligáveis também
devem ser consideradas, como as possíveis di-
chamento da canaleta, que é considerado ativo
nos dois primeiros e passivo nos dois últimos.
Sabe-se que a passividade do sistema de fechamento dos bráquetes auto-ligáveis é determinada pelo calibre do fio (Fig. 5).
Algumas pesquisas5,15,16, ao compararem sistemas de bráquetes auto-ligáveis passivo e ativo
encontraram resultados semelhantes ao presen-
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B
C
D
E
F
G
H
FIGURA 5 - Características dos sistemas de fechamento dos bráqutes
auto-ligáveis. Em A, C, E e G, os bráquetes Time 2®, In-Ovation R®, Damon 2® e Smart Clip®, respectivamente , associados ao fio redondo não
demonstram contato da tampa do sistema de fechamento com o fio. Em
B e D observa-se que a tampa do sistema de fechamento dos bráquetes
Time 2® e In-Ovation R® exerce pressão sobre o fio retangular, e em F e
H há ausência de contato da tampa com o fio retangular nos bráquetes
Damon2® e Smart Clip®.
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compreensão do comportamento dos novos materiais ortodônticos, principalmente quando associados a estudos clínicos posteriores.
ficuldades técnicas na manipulação desses bráquetes e, principalmente, o custo mais elevado.
O clínico deve ser cauteloso ao interpretar os
resultados de estudos laboratoriais sobre atrito.
Estudos in vitro da resistência ao deslize utilizando-se tração estática em linha reta aplicados
na interface bráquete/fio não representam com
total exatidão a complexidade da movimentação dentária. Todavia, ainda é um método de
avaliação muito usado, podeno ser aplicado para
validar questionamentos dos ortodontistas em
relação à redução do atrito. Jost-Brinkmann e
Miethke6, após compararem testes in vivo e in
vitro, concluíram que forças de atrito em bráquetes imóveis em dispositivos laboratoriais foram similares às forças exercidas no dispositivo
clínico. Esta conclusão confirma que os resultados laboratoriais contribuem para uma melhor
Conclusão
1. Todos bráquetes auto-ligáveis testados apresentaram significativa redução no atrito com o fio 0.018”, podendo ser considerados
uma alternativa clínica para minimizar os efeitos indesejáveis do atrito observados com os
bráquetes convencionais, quando a mecânica de
deslize é empregada.
2. Quando testados com fios retangulares,
os bráquetes auto-ligáveis ativos apresentaram
atrito significativamente maior do que aqueles
considerados passivos, com resultados estatisticamente semelhantes aos bráquetes convencionais com fios de mesmo calibre.
Friction evaluation of self-ligating brackets during sliding mechanics:
an “in vitro” study
Abstract
The friction generated at the bracket/archwire interface during sliding mechanics may reduce the amount of desired orthodontic movement obtained. The method of ligation plays an important role in determining friction. This
study compared the level of frictional resistance generated between four different self-ligating brackets (Time™,
Damon 2™, In-Ovation R™ , and Smart Clip™) to the friction registered with conventional brackets (Dynalock™)
and regular elastic ligatures (Dispens-A-Stix™), that served as control. Each group was submitted to 5 consecutive
tests. Static friction was measured using a universal testing machine EMIC™ DL 500 with two stainless steel wire
sections: 0.018” and 0.017 x 0.025”. One-way ANOVA and post hoc Tukey testing showed low friction resistance
for all self-ligating brackets groups with a 0.018” wire (p < 0.05). However, the results when self-ligating brackets
were tested with 0.017 x 0.025” wires showed higher sliding resistance in the groups with active self-ligating
brackets.
Keywords: Friction. Orthodontic brackets. Self-ligating brackets. Sliding mechanics.
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