artigo original
Comparação da flexibilidade e da resistência torsional
de instrumentos automatizados de níquel-titânio
Weber Schmidt Pereira Lopes1
Hélio Pereira Lopes2
Carlos Nelson Elias3
Marcelo Mangelli4
Márcia Valéria Boussada Vieira1
Resumo
Os instrumentos TF foram os mais flexíveis, seguidos pelos RaCe e ProFile Vortex (p < 0,01). No ensaio de torção,
os instrumentos ProFile Vortex suportaram maiores valores de força máxima e torque máximo antes da fratura, seguidos pelos RaCe e TF (p < 0,01). Os instrumentos RaCe
e TF não apresentaram diferença estatística significativa
na resistência a torção (p = 0,061). Conclusão: pode-se
observar que existe uma relação entre a flexibilidade com
a resistência à torção (torque máximo e ângulo máximo).
O instrumento mais flexível (TF) foi o menos resistente à
torção. O instrumento mais resistente à torção (ProFile
Vortex) foi o menos flexível. O instrumento RaCe apresentou um resultado intermediário tanto para a flexibilidade quanto para a resistência à torção.
Introdução: esse estudo comparou a flexibilidade e a resistência a torção de dois instrumentos fabricados com
ligas de niquel-titânio (NiTi) especiais, com um instrumento fabricado com liga convencional. Métodos: instrumentos Twisted File (TF) de liga de NiTi, contendo a
fase R (SybronEndo, Orange, EUA) e instrumentos ProFile Vortex (Dentsply Tulsa Dental, Tulsa, OK, EUA) fabricados com a liga NiTi M-Wire foram comparados aos
instrumentos RaCe (FKG Dentaire, La Chaux-de-Fonds,
Suíça), produzidos por fio de NiTi convencional. Foram
realizados ensaios de flexibilidade e torção. Um total de
20 instrumentos de cada fabricante foi testado, todos
de 25/0,06. A análise estatística foi realizada utilizando
ANOVA. Resultados: houve diferença significativa na
resistência mecânica entre os instrumentos testados.
Palavras-chave: Torção mecânica. Níquel. Instrumentos
odontológicos. Titânio.
Como citar este artigo: Lopes WSP, Lopes HP, Elias CN, Mangelli M, Vieira MVB.
Comparison of the flexibility and torsional resistance of nickel-titanium rotary instruments. Dental Press Endod. 2013 Sept-Dec;3(3):16-22.
» Os autores declaram não ter interesses associativos, comerciais, de propriedade ou financeiros, que representem conflito de interesse, nos produtos e
companhias descritos nesse artigo.
Recebido: 31/08/2013. Aceito: 03/09/2013.
Doutor em Endodontia, UNESA.
1
Livre-docente em Endodontia, UERJ.
2
Endereço para correspondência: Márcia Valéria Boussada Vieira
Rua Coelho Neto, 36 – 402 Bloco B – Laranjeiras
CEP: 22.231-110 – Rio de Janeiro/RJ
Email: [email protected]
Doutor em Ciência dos Materiais, IME.
3
Doutor em Endodontia, UERJ.
4
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16
Dental Press Endod. 2013 Sept-Dec;3(3):16-22
Lopes WSP, Lopes HP, Elias CN, Mangelli M, Vieira MVB
Introdução
A evolução tecnológica do processo de fabricação
dos instrumentos de NiTi, desde a introdução dessa liga
na Endodontia, por Walia et al.1, tem permitido o surgimento de instrumentos mais flexíveis e resistentes2,3, revolucionando o conceito da modelagem dos canais radiculares. A possibilidade de ampliar o diâmetro apical
de um canal curvo, a disponibilidade de instrumentos
com conicidades e secções transversais diferenciadas,
os preparos mais centralizados e, além disso, a diminuição da curva de aprendizagem dos sistemas, são as
maiores evidências dessa mudança de paradigma4,5.
A superelasticidade e o efeito de memória de forma da
liga de NiTi são, reconhecidamente, as propriedades
que permitiram tal revolução6.
Os mais recentes avanços no desenvolvimento de
instrumentos endodônticos refletem o aprimoramento
dos tratamentos térmicos da liga de NiTi, culminando
no surgimento de dois tipos de ligas especiais: a liga
que contem a fase R e a liga M-Wire. Os instrumentos
Twisted Files (TF, SybronEndo, Orange, EUA), são produzidos por torção a partir do fio de NiTi superelástico
que contém a fase R. O processo de fabricação dos
instrumentos TF envolve o resfriamento e torção de
fios NiTi trefilados em vez de usinado7,8,9. Os instrumentos ProFile Vortex (Dentsply Tulsa Dental, Tulsa,
EUA) representam a nova geração da série ProFile, e
são produzidos pela usinagem de fios denominados
M-Wire. A fabricação dos instrumentos Vortex envolve a aplicação de tensão durante ciclos térmicos de
resfriamento e aquecimento8-11.
Em estudos anteriores, os autores avaliaram algumas propriedades mecânicas dos instrumentos TF,
RaCe e Vortex12,13. O presente trabalho teve como objetivo ampliar esses resultados por meio da avaliação
do comportamento mecânico em flexão e torção de
dois instrumentos de NiTi (TF e ProFile Vortex) fabricados com ligas de NiTi especiais, com um instrumento fabricado com liga convencional (RaCe, FKG
Dentaire, La Chaux-de-Fonds, Suíça).
(SybronEndo, Orange, EUA), com 27mm de comprimento nominal, e 20 instrumentos endodônticos
25/0,06 ProFile Vortex (Dentsply Tulsa Dental, Tulsa,
EUA), com 25mm de comprimento nominal.
Caracterização geométrica dos instrumentos
Dez instrumentos de cada marca comercial foram
caracterizados quanto à conicidade, ao comprimento
da parte de trabalho, ao diâmetro em D0, D3 e D13,
ao número total de hélices e ao número de hélices por
milímetro. Para obtenção desses dados, foi utilizado um
microscópio óptico Zeiss (Carl Zeiss do Brasil LTDA,
Cambuci/SP) com uma câmera PixeLINK modelo PLa662 acoplada (PixeLINK, Ottawa, Canadá). As dimensões foram mensuradas com uma magnificação de 6,5x,
exceto a conicidade, que foi calculada conforme método descrito por Stenman e Spangberg14. O programa
AxioVision 4.4 (Carl Zeiss MicroImaging, Nova Iorque,
EUA) foi utilizado para auxiliar nas medições.
Ensaio de flexibilidade
A resistência à flexibilidade foi avaliada pelo ensaio
de flexão em cantiléver, com uma inclinação de 45°
para baixo, em relação ao plano horizontal, utilizando
uma máquina universal de ensaios (EMIC, DL10000),
como descrito em estudos prévios15,16. Uma célula de
carga trativa de 20N foi aplicada por meio de um fio de
aço inoxidável, com comprimento de 30cm e diâmetro
de 0,3mm, tendo uma das extremidades presa à cabeça
da máquina de ensaio e a outra a 3mm da ponta do instrumento (ponto de aplicação da força). A velocidade
do ensaio foi de 15mm/min.
Ensaio de torção
A torção à direita, sem carga axial, foi aplicada
por meio de um dispositivo acoplado a uma máquina de ensaio universal (EMIC, DL 10000), conforme
descrita em estudo prévio17. Esse dispositivo permitiu
a monitoração da rotação e a determinação da força
aplicada no instrumento. Os instrumentos foram imobilizados a 3mm da ponta por uma morsa de alumínio, enquanto a outra extremidade do instrumento foi
fixada em um mandril específico, presente na haste
de rotação do dispositivo.
A torção foi aplicada mediante o enrolamento de
um fio de nylon trançado, com diâmetro de 0,3mm,
no eixo de rotação do dispositivo, que apresentava
Material e Métodos
No presente estudo, foram utilizados 60 instrumentos endodônticos de NiTi, acionados a motor, sendo
20 instrumentos 25/0,06 RaCe (FKG Dentaire, La
Chaux-de-Fonds, Suíça), com 25mm de comprimento
nominal, 20 instrumentos 25/0,06 Twisted File (TF)
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8mm de diâmetro. Esse fio conectou o eixo de rotação a uma célula de 20N de carga, acoplada à
cabeça da máquina universal de ensaio. A tração
aplicada induziu no eixo de rotação do dispositivo
um movimento de rotação igual a 2rpm. A força e o
deslocamento do fio até a fratura do instrumento foram registrados continuamente por um microcomputador acoplado à máquina de ensaio. Por meio do
programa M test versão 1.01 (EMIC DL 10000), foi
determinado o ângulo máximo de torção e o torque
máximo em torção.
As superfícies fraturadas foram analisadas sob o
MEV para determinar o tipo de fratura e a presença de deformação plástica na haste helicoidal dos
instrumentos. Os valores obtidos nos ensaios de flexibilidade e torção foram submetidos à análise estatística por meio do teste paramétrico da ANOVA.
Houve diferença estatística significativa dos valores de
carga máxima entre os instrumentos testados. Os instrumentos TF foram os mais flexíveis, seguidos pelos
RaCe e ProFile Vortex (p < 0,01).
Ensaio de torção
A média e o desvio-padrão da força máxima e
torque máximo para a fratura são apresentados na
Tabela 3. Houve diferença significativa entre os valores de força máxima e torque máximo entre os
três tipos de instrumentos testados. Os instrumentos ProFile Vortex suportaram maiores valores de
força máxima e torque máximo antes da fratura, seguidos pelos RaCe e TF (p < 0,01).
A média e o desvio-padrão do ângulo máximo em
torção e do número de voltas para a fratura são apresentados na Tabela 4. Os instrumentos TF e RaCe
apresentaram maiores ângulos e maior número de
voltas para a fratura que os instrumentos ProFile Vortex (p < 0,01) e não diferiram entre si (p = 0,061).
Com a finalidade de comprovar a relação entre
flexibilidade e torque máximo em torção, foi construído um gráfico que representa a relação entre os
valores médios da flexibilidade e do torque máximo
entre os instrumentos testados (Fig. 1) e um outro
gráfico que comprova a relação entre os valores médios do ângulo máximo com a flexibilidade (Fig. 2).
Por fim, foi elaborado um gráfico que representa a
Resultados
Caracterização geométrica dos instrumentos
A média do diâmetro em D0, D3 e D13, a conicidade, o comprimento da parte de trabalho, o número
total de hélices e o número de hélices por milímetros
são apresentados na Tabela 1.
Ensaio de flexibilidade
Média e desvio-padrão da força máxima para flexionar
os instrumentos testados são apresentados na Tabela 2.
Tabela 1. Valores médios dos diâmetros em D0, D3 e D13, conicidade,
comprimento da parte de trabalho, número de hélices e número de
hélices por milímetro.
Instrumento
n
RaCe
Diâmetro (mm)
C
CPT
NH
H/
mm
1,10
0,06
17,56
7
0,4
0,41
0,97
0,06
15,53
11
0,7
0,42
1,00
0,06
16,75
10
0,6
D0
D3
D13
10
0,28
0,47
TF
10
0,23
ProFile Vortex
10
0,24
Tabela 3. Média ± desvio-padrão da força máxima e do torque máximo na fratura dos instrumentos RaCe, TF e ProFile Vortex.
Instrumento
Número de
instrumentos
Força
máxima (gf)
Torque máximo
(gf-mm)
RaCe
10
184,5 ± 7,61
765,71 ± 31,59
TF
10
107,27 ± 8,50
445,19 ± 35,28
ProFile Vortex
10
250,93 ± 31,15
1041,39 ± 129,26
Tabela 4. Média ± desvio-padrão do ângulo máximo em torção na
fratura dos instrumentos RaCe, TF e ProFile Vortex.
Tabela 2. Média ± desvio-padrão da carga máxima (gf) para flexibilidade dos instrumentos RaCe, TF e ProFile Vortex.
Número de
instrumentos
Âng. máximo
± graus
10
578,88 ± 50,96
Âng. máximo
± voltas
Numero de
instrumentos
Carga máxima (gf)
RaCe
10
333,4 ± 16,5
TF
10
228,4 ± 15,18
TF
10
688 ± 154,92
1,91 ± 0,43
ProFile Vortex
10
603,7 ± 29,3
ProFile Vortex
10
394,56 ± 72,0
1,10 ± 0,20
Instrumento
© 2013 Dental Press Endodontics
Instrumento
RaCe
18
1,61 ± 0,14
Dental Press Endod. 2013 Sept-Dec;3(3):16-22
Lopes WSP, Lopes HP, Elias CN, Mangelli M, Vieira MVB
700
700
TF
Race
Vortex
gf
Race
600
Ângulo (graus)
600
TF
500
Vortex
500
400
400
gf
300
gf-mm
200
300
900
600
300
100
200
300
500
400
600
700
1200
Figura 1. Gráfico representativo da relação entre flexibilidade (gf) e torque
máximo (gf-mm).
Figura 2. Gráfico representativo da relação entre o ângulo máximo (graus)
e a flexibilidade (gf).
700
A
Ângulo (graus)
600
B
500
TF
TF
Race
Race
400
Vortex
Vortex
300
350
C
E
D
650
800
950
1100
Figura 4. Gráfico representativo da relação entre o ângulo máximo (graus)
e o torque máximo (gf-mm).
Discussão
A escolha dos instrumentos testados levou em
consideração, além do tipo de liga de NiTi empregada na fabricação, a semelhança do desenho da secção transversal (triangular), haja vista que essa é uma
variável que influencia o desempenho dos instrumentos nos ensaios mecânicos18.
No presente estudo, os instrumentos TF necessitaram de menor força para ser flexionados em 45°.
Na clínica, quanto maior a flexibilidade do instrumento, menor a possibilidade do desvio apical19. Com
base nesse resultado, é esperado que o instrumento
TF apresente um melhor desempenho clínico.
A maior flexibilidade do instrumento TF pode ser associada ao fato de ser produzido a partir de fios de NiTi
F
Figura 3. Aspecto das superfícies fraturadas, com reversão da hélice junto à ponta de imobilização dos instrumentos RaCe (A e B), TF (C e D)
e ProFile Vortex (E e F). Presença de deformação plástica, ranhuras e
trincas em diferentes profundidades (A, C e E com magnificação de100x;
B, D e F com magnificação de 500x).
relação dos valores médios do ângulo máximo com o
torque máximo em torção (Fig. 4).
A análise de MEV revelou que os instrumentos testados apresentaram característica morfológica do tipo
dúctil na superfície de fratura. Deformação plástica
ocorreu na haste helicoidal dos instrumentos (Fig. 3).
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500
gf-mm
19
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estatística significativa entre os instrumentos TF e
RaCe. Muitos autores sugerem que a resistência à
torção deve ser avaliada pelo ângulo de rotação, não
pelo torque máximo28,33,34. Isso ocorre porque durante
o uso clínico de instrumentos manuais, o ângulo de
rotação (medida em graus ou em número de voltas)
até a fratura pode servir como um fator de segurança
no que diz respeito à fratura em torção. O controle
do ângulo de torção funciona como fator de segurança quando o instrumento é acionado manualmente.
Ocorrendo a imobilização da ponta do instrumento
endodôntico no interior de um canal radicular, o profissional tem condições de aplicar um torque com
ângulo de rotação menor do que o valor do ângulo
máximo em torção, impedindo, assim, a fratura por
torção. Entretanto, para instrumentos acionados a
motor com giro contínuo não é possível controlar o
ângulo de torção. Os motores controlam o valor do
torque máximo para evitar a fratura20,24,32,35.
Outro parâmetro que deve ser considerado e que
explica o maior ângulo para a fratura do instrumento TF está relacionado ao processo de fabricação e
o acabamento superficial do instrumento. Apesar de
o instrumento TF possuir pior acabamento superficial, os defeitos de fabricação são longitudinais e
perpendiculares ao plano de fratura. As trincas de
fratura são nucleadas e crescem com maior facilidade na direção dos defeitos longitudinais, sem formar
o plano de fratura. Após o ensaio de torção, são observadas várias trincas na superfície do instrumento
TF. Nos demais instrumentos, em que os defeitos
de fabricação são circunferenciais, a trinca formada
cresce com maior facilidade ao longo das marcas de
usinagem (grooves) e formam planos de fratura com
menor ângulo de torção (Fig. 3).
Os resultados obtidos no presente trabalho mostraram que existiu uma relação entre o torque máximo com
a resistência à flexão e com o ângulo máximo de torção
até a fratura. Essa relação pode ser explicada devido à
diferença na geometria, na área da secção transversal
e no momento de inércia dos instrumentos. O desenho da secção transversal desempenha um importante
papel no processo de fratura do instrumento, pois está
relacionado com o fato da tensão máxima (Tmax) ser
proporcional ao raio (R) e o torque (Mt) e inversamente
proporcional ao momento de inércia (I), como pode ser
verificado na equação Tmax = Mt R/I.
que apresentam a fase R, o que garante maior flexibilidade, menor módulo de elasticidade e menor rigidez
que os produzidos com fio austenítico convencional20,21.
Assim, essa liga permite uma maior quantidade de deformação elástica e plástica, quando submetido a um
torque similar, em comparação a liga convencional.
Nossos resultados corroboram outros estudos7,22,23,24.
Adicionalmente a isso, o fato dos instrumentos TF serem produzidos pelo método de torção os diferencia dos
outros dois grupos de instrumentos testados, que são
produzidos por usinagem. Instrumentos torcidos apresentam um número significativamente menor de defeitos de acabamento superficial que os usinados7,9,23-26.
Os resultados do ensaio de torção do presente estudo revelaram que os instrumentos ProFile Vortex suportaram valores de torque significativamente maiores
que os instrumentos RaCe e TF. Alguns fatores podem
explicar essa diferença:
» A geometria da secção reta transversal dos instrumentos TF e RaCe tem a forma de um triângulo equilátero e o instrumento ProFile Vortex
possui a secção reta transversal em forma de um
triângulo convexo.
» A resistência dos instrumentos de NiTi acionados
a motor, para a fratura em torção, é aumentada
pelo aumento da área da secção transversal e
pelo momento de inércia. O instrumento Profile
Votex tem maior secção transversal.
» Trabalhos anteriores mostram que existe uma
correlação diretamente proporcional entre
o diâmetro e a área da secção reta transversal24,25,27-32. No entanto, não analisam a área da
seção transversal, a qual depende tanto do diâmetro quanto da forma.
» O método de fabricação dos instrumentos e o
tratamento termomecânico da liga também são
fatores que podem ter influenciado os resultados do torque máximo. A variação do estado
termomecânico final do instrumento determina a estrutura cristalina presente (austenita,
martensita ou fase R), a qual possui propriedades mecânicas diferentes.
Com relação ao ângulo de rotação, os resultados
do presente estudo mostraram que os instrumentos
TF apresentaram ângulos de rotação significativamente maiores que os instrumentos ProFile Vortex. Em contrapartida, não existiu uma diferença
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