Universidade do Minho
Escola de Engenharia
Ana Catarina Fernandes Bentes
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro
Direto
Dissertação de Mestrado
Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica
Área de Especialização em Biomateriais, Reabilitação e
Biomecânica
Trabalho realizado sob a orientação do
Professor Doutor José Manuel Ramos Gomes e
coorientação do
Professor Doutor Júlio Souza
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
Outubro 2014
É AUTORIZADA A REPRODUÇÃO INTEGRAL DESTA DISSERTAÇÃO APENAS PARA EFEITOS
DE INVESTIGAÇÃO, MEDIANTE DECLARAÇÃO ESCRITA DO INTERESSADO, QUE A TAL SE
COMPROMETE;
Universidade do Minho, ___/___/______
Assinatura: ________________________________________________
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Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
“A lei da mente é implacável. Aquilo que pensamos, criamos. Aquilo que sentimos,
atraímos. Aquilo em que acreditamos, torna-se realidade”
(Buddha)
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Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
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Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
Agradecimentos
Em primeiro lugar quero agradecer ao meu orientador, o Professor Doutor José Manuel Ramos
Gomes, por todo o apoio, dedicação e conhecimento transmitido. Este trabalho não seria possível
sem a sua colaboração e sem os seus constantes incentivos.
Quero agradecer também ao Professor Doutor Júlio Souza que apesar de se encontrar longe,
compensou sempre essa distância e em nenhuma situação isso influenciou o desenvolvimento
do trabalho. Obrigado pela sua disponibilidade em efetuar a análise SEM, por todo o
conhecimento transmitido e por todo o seu apoio.
Ao Professor Doutor Filipe Samuel Silva, por ter proporcionado a oportunidade para desenvolver
este projeto e por ter ajudado o mesmo a vários níveis.
Um obrigado ao Sérgio Carvalho pelo excelente auxílio técnico e pelas constantes palavras de
apoio e incentivo. Foi um prazer trabalhar consigo.
À Kelly Reis, responsável pelo processamento das amostras, obrigado pela sua cooperação e
dedicação.
Obrigado também à Professora Doutora Ana Maria Pinto, pela sua disponibilidade e pelo auxílio
no manuseamento do microscópio ótico.
Um obrigado a todos os meus amigos, por me apoiarem nesta etapa, por serem pacientes e
ouvirem as minhas preocupações e desânimos, sempre dispostos a colocar um sorriso no meu
rosto. Um especial agradecimento à Marta Correia e à Joana Pires, por terem sido dois pilares
fundamentais durante os dois anos que estive em Braga, não seria fácil sem o vosso apoio.
Um obrigado também ao meu namorado, Ivo Café. Obrigado por seres a minha bussola quando
eu perdia o norte, pelo suporte e apoio incondicional ao longo de todo o percurso universitário.
Obrigado por fazeres parte da minha vida.
Obrigado aos meus avós, Armando e Elisa Fernandes, por todo o apoio, compreensão e por todos
os mimos que nunca faltaram.
Agradeço também às minhas irmãs, Rita e Inês Bentes. Não seria a pessoa que sou hoje se não
vos tivesse na minha vida. Sei que são e serão as pessoas com quem poderei sempre contar.
Por fim, quero agradecer especialmente aos meus pais, José e Rosário Bentes. Tudo isto não
seria possível sem a vossa ajuda e sacrifícios. Sempre dedicados a dar-me a melhor educação
possível, não poderia deixar de vos dedicar inteiramente esta vitória. Um muito obrigado pelos
pais especiais que são.
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Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
Resumo
O desenvolvimento de resinas compostas como materiais de restauro dentário direto
surgiu através da necessidade de materiais com características óticas semelhantes à estrutura
dentária natural. Contudo, o desgaste destas resinas persiste como um dos principais problemas
clínicos. Através de vários estudos, verificou-se que a resistência ao desgaste destes materiais
depende fundamentalmente de aspetos relacionados com as partículas de carga, nomeadamente
do seu tamanho e distribuição, assim como a sua percentagem volumétrica.
O principal objetivo do presente trabalho consistiu na caracterização tribológica de resinas
compostas de restauro dentário através da avaliação da sua resistência ao desgaste abrasivo e
de deslizamento e pela identificação dos mecanismos de desgaste dominantes. Testes de
compressão permitiram determinar a resistência à compressão das resinas compostas assim
como o seu módulo de elasticidade. Foram efetuados testes de ball cratering utilizando uma
emulsão à base de pasta dentífrica Colgate®Anti-tártaro mais branqueamento como abrasivo,
com uma carga normal aplicada de 3 N e uma duração de 300 rotações. O estudo de
caracterização tribológica foi complementado com testes de deslizamento linear alternativo na
geometria esfera-placa em presença de saliva artificial à temperatura de 37 °. O deslizamento
ocorreu contra alumina, com frequência de 1 Hz e carga normal de 25 N.
Foi avaliado o volume de desgaste dos diferentes grupos de resinas compostas em
estudo o qual foi relacionado com as suas propriedades mecânicas e a composição em termos
de tamanho e percentagem volumétrica das partículas de carga. Como principal conclusão
destaca-se a confirmação do papel determinante das partículas de carga no comportamento
tribológico das resinas compostas, seja em consequência da ação abrasiva de uma pasta
dentífrica, seja como resultado do deslizamento contra uma superfície cerâmica.
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Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
Abstract
The development of composite resins as dental restoration materials came through the
need for materials that were similar to natural tooth structure. However, wear of these resins still
remains as a major clinical problem. Through various conducted studies, it was found that the
wear resistance of these materials mainly depends on aspects related with the filler particles, in
particular their size and distribution as well as its volume percentage.
The main objective of this work was the tribological characterization of composite resins
for direct dental restoration by the evaluation of their resistance to abrasive and sliding wear as
well as by the identification of the dominant wear mechanisms. Compression tests have allowed
to determine the compressive strength of the composites as well as their modulus of elasticity.
Micro-abrasion tests using slurry based on Colgate®Anti-tartar toothpaste whitening as abrasive,
with a normal applied load of 3 N and lasting for 300 revolutions were made. The tribological
characterization was complemented by reciprocating sliding wear tests using a ball-on-plate
geometry in the presence of artificial saliva, at 37° C. Alumina was used as counterface material
and these tests were carried out at constant a frequency of 1 Hz and normal applied load of 25
N.
The wear volume was evaluated for the different groups of composite resins and correlated
with their mechanical properties and composition in terms of size and volume percentage of filler
particles. The determinant role of filler particles on the tribological behavior of composite resins
was confirmed both as a consequence of the abrasive action of a toothpaste or due to the sliding
against a ceramic surface.
vii
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
Índice geral
Agradecimentos ......................................................................................................................... v
Resumo .................................................................................................................................... vi
Abstract ................................................................................................................................... vii
Índice geral..............................................................................................................................viii
Índice de Figuras ....................................................................................................................... x
Índice de Tabelas..................................................................................................................... xii
Lista de símbolos ..................................................................................................................... xiii
Lista de abreviaturas ................................................................................................................ xiv
1.
Introdução ...................................................................................................................... 15
2.
Anatomia Dentária e Dentífricos ...................................................................................... 17
2.1 – Estrutura e anatomia do dente................................................................................... 17
2.2 – Dentífricos ................................................................................................................. 22
3. Resinas Compostas ............................................................................................................ 25
3.1 – Estado da arte ........................................................................................................... 25
3.2 - Composição das resinas compostas ........................................................................... 27
3.3 – Propriedades das resinas compostas ......................................................................... 30
3.4 – Aplicações clínicas .................................................................................................... 31
4. Biotribologia Dentária.......................................................................................................... 32
4.1 – Tribologia .................................................................................................................. 32
4.2 – Comportamento tribológico da dentição natural ......................................................... 33
4.3 – Comportamento tribológico de materiais dentários artificiais ...................................... 34
5. Materiais e métodos ........................................................................................................... 36
5.1 – Preparação das amostras .......................................................................................... 36
5.2 – Testes de compressão ............................................................................................... 37
viii
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
5.3 – Testes de micro-abrasão ............................................................................................ 37
5.4 – Testes de deslizamento linear alternativo ................................................................... 39
5.5 – Microscopia Ótica ...................................................................................................... 43
5.6 – Microscopia Eletrónica de Varrimento (SEM) .............................................................. 44
6. Resultados e Discussão ...................................................................................................... 45
6.1 – Testes de compressão ............................................................................................... 45
6.2 – Testes de micro-abrasão ............................................................................................ 48
6.3 – Testes de Deslizamento Linear Alternativo ................................................................. 49
6.4 – Microscopia eletrónica de varrimento (SEM)............................................................... 51
7. Conclusões ......................................................................................................................... 56
8. Bibliografia ......................................................................................................................... 58
ix
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
Índice de Figuras
Figura 1- Representação da dentição primária e permanente [6] ............................................. 17
Figura 2 - – (A) Várias estruturas dentárias existentes na cavidade oral [e2]; (B) Esquema da
estrutura do dente [6] ............................................................................................................. 18
Figura 3 - Estrutura do esmalte [9] .......................................................................................... 19
Figura 4 - (A) Estrutura da dentina; (B) Estrutura da junção dentina-esmalte [9] ....................... 20
Figura 5- Imagem de SEM do cemento; FS – Fibras de Sharpey [9] ......................................... 21
Figura 6 - Amálgama utilizado para restauração dentária [19].................................................. 25
Figura 7- Evolução dos compósitos dentários [22]. .................................................................. 27
Figura 8- Estrutura do monómero Bis-GMA [24] ...................................................................... 28
Figura 9 - Classificação das resinas compostas de acordo com as partículas utilizadas [27] ..... 29
Figura 10 - Contração de polimerização que ocorre nas resinas compostas [25] ...................... 30
Figura 11 - Restaurações diretas utilizando resinas compostas [25] ......................................... 31
Figura 12- Fenómenos tribológicos em ambiente oral classificados de acordo com a literatura
dentária: A- abrasão, B- Atrito e erosão [30] ............................................................................ 32
Figura 13- Abrasão em tecidos dentários naturais. A seta indica a exposição da dentina [32]. .. 33
Figura 14 -(A) Equipamento de micro-abrasão (Plint TE 66); (B) Representação esquemática dos
testes de micro-abrasão .......................................................................................................... 37
Figura 15 - Amostra preparada para colocação no equipamento .............................................. 38
Figura 16 - Representação esquemática dos testes de micro-abrasão ...................................... 38
Figura 17 – (A) Tribómetro CETR UMT-2 utilizado para os testes de deslizamento linear alternativo;
(B) Representação esquemática do tribómetro ........................................................................ 39
Figura 18 - Pormenor evidenciando o porta-esferas e a placa em resina composta................... 40
Figura 19 - Representação esquemática da formação da pista de desgaste.............................. 41
Figura 20 - Cálculo da profundidade da pista de desgaste ....................................................... 41
Figura 21 - Secção intermédia da pista de abrasão .................................................................. 42
Figura 22 - Microscopia ótica das amostras submetidas aos ensaios de deslizamento linear
alternativo .............................................................................................................................. 42
Figura 23 - Cálculo da área da base da secção intermédia da pista de abrasão........................ 42
Figura 24 - Microscópio Ótico .................................................................................................. 43
Figura 25- Imagens de microscopia ótica de amostras submetidas a: A,B – testes de microabrasão; C,D - testes de deslizamento linear alternativo........................................................... 44
x
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
Figura 26 - Gráficos carga (N) versus extensão (mm) obtidos após ensaio de compressão. AGrandio®So, B- Ceram-X™, C- Clearfil™, D - Natural elegance®. ............................................. 45
Figura 27- Resistência à compressão dos quatro grupos de resinas compostas em estudo. AGrandio®So, B- Ceram-X™, C- Clearfil™, D - Natural elegance®. ............................................. 46
Figura 28 - Valores para o módulo de elasticidade de cada grupo de resinas compostas. AGrandio®So, B- Ceram-X™, C- Clearfil™, D - Natural elegance®. ............................................. 46
Figura 29 – Volume de desgaste das crateras de desgaste resultantes dos testes de micro-abrasão.
A-Grandio®So, B- Ceram-X™, D - Natural elegance®. ............................................................. 48
Figura 30 - Volume de desgaste das pistas resultantes dos testes de deslizamento linear
alternativo. A-Grandio®So, B- Ceram-X™, C- Clearfil™, D - Natural elegance®. ........................ 49
Figura 31 -Imagens SEM dos quatro grupos de resinas compostas em estudo: A-Grandio®So, BCeram-X™, C- Clearfil™, D - Natural elegance®. ...................................................................... 51
Figura 32 - Imagem SEM da cratera de desgaste da resina composta D - Natural elegance® após
teste de micro-abrasão. A seta indica a presença de fissuras. ................................................. 52
Figura 33 - Imagem SEM das crateras de desgaste de resinas compostas após teste de microabrasão: A-Grandio®So, B- Ceram-X™. ................................................................................... 52
Figura 34- Imagens SEM dos quatro grupos de resinas compostas após testes de deslizamento
linear alternativo: A-Grandio®So, B- Ceram-X™, C- Clearfil™, D - Natural elegance®. ............... 54
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Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
Índice de Tabelas
Tabela 1- Composição dos dentífricos e função de cada componente [13] ............................... 23
Tabela 2- Valores de RDA e respetiva abrasividade [18] ........................................................... 24
Tabela 3- Monómeros utilizados para fabrico de resinas compostas [25] ................................. 28
Tabela 4 - Composição das resinas compósitas ....................................................................... 36
Tabela 5 - Saliva artificial de Fusayama ................................................................................... 40
Tabela 6 - Propriedades mecânicas do esmalte e dentina [38]. ................................................ 48
Tabela 7 - Valores médios do coeficiente de atrito em regime estacionário das resinas compostas
durante o teste de deslizamento linear alternativo contra alumina na presença de saliva
artificial .................................................................................................................................. 50
xii
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
Lista de símbolos
mm - milimetro
µm – micrómetro
nm - nanómetro
mPa.s – milipascal segundo
GPa – gigapascal
mV/cm – milivolt por centímetro quadrado
2
s – segundo
N – Newton
kN – kilonewton
mm/min – milímetro por minuto
F – carga máxima suportada pelo material
r – raio da secção transversal dos provetes
π – pi
E – módulo de elasticidade
𝛿𝛿 – tensão de cedência
𝜀𝜀 – deformação
rpm – rotações por minuto
b – diâmetro externo da cratera de desgaste
R – raio da esfera de aço
°C – graus Celsius
Hz – Hertz
xiii
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
Lista de abreviaturas
SEM – Microscopia Electrónica de Varrimento
FS – Fibras de Sharpey
A.C – Antes de Cristo
ADA - American Dental Association
RDA - Relative Dentin Abrasion
Bis-GMA - Bisfenol Glicidil Metacrilato
TEGDMA – Trietileno Glicol Dimetacrilato
UDMA – Uretano Dimetacrilato
xiv
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
1. Introdução
A dentição humana tem um papel importante na rotina diária, não só pela função
mastigatória como também está associado com a fala e a estética facial. Com o envelhecimento,
fatores patológicos e traumas, lesões como cáries e perda total ou parcial de tecido são
dependentes de hábitos, condições gerais de saúde, dieta e higiene do indivíduo.
Consequentemente, materiais dentários sintéticos têm sido desenvolvidos e utilizados para
restauro e tratamento de lesões da dentição humana. A procura de um material com
características óticas semelhantes à estrutura dentária culminou no desenvolvimento das resinas
compostas. Este material tem vindo a substituir o amálgama de prata, uma vez que este acarreta
algumas desvantagens como o facto polémico de ser composta por mercúrio que é altamente
tóxico, a sua cor escura e comportamento mecânico bastante diferente das estruturas dentárias
[1].
As resinas compostas têm tido uma grande evolução nos últimos anos a partir de
desenvolvimentos tecnológicos na sua composição química resultando em melhor estética e
maior resistência mecânica, principalmente ao desgaste. Entretanto, o processo de abrasão
resultante da mastigação e escovagem ainda é um problema clínico inevitável para este tipo de
materiais para restauros levando a falhas e substituições prematuras do restauro [2,3].
Considerando o processo de escovagem, as pastas dentífricas podem acelerar o processo
de abrasão dependendo das propriedades das partículas abrasivas presentes na sua composição.
Torna-se importante que as pastas dentífricas sejam aprimoradas consoante as propriedades do
esmalte e resinas compostas mantendo o objetivo de remover os resíduos, pigmentos e biofilme
oral [4].
Este trabalho tem como principal objetivo o estudo do desgaste e resistência mecânica
em resinas compostas de restauro dentário. Para isso, foram efetuados três tipos de testes
mecânicos: testes de compressão, testes de micro-abrasão e testes de deslizamento linear
alternativo. O estudo do desgaste em resinas compostas torna-se importante uma vez que estas
têm vindo a substituir outros materiais existentes e são cada vez mais utilizadas na prática clínica.
Compreender o processo de desgaste destes materiais, simulando práticas diárias de higiene
dentária, ajuda ao desenvolvimento de melhores materiais de restauro dentário.
A presente dissertação encontra-se estruturada em 7 capítulos. O primeiro capítulo
envolve uma introdução e contextualização do problema relacionado ao desgaste das resinas
15
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
compostas. São também descritos os objetivos do projeto assim como motivação que levou ao
seu desenvolvimento.
Os capítulos 2, 3 e 4 são capítulos dedicados à revisão bibliográfica. O capítulo 2 consiste
na revisão bibliográfica relativa à anatomia dentária e dentífricos. Com efeito, torna-se importante
abordar o conhecimento relativo às estruturas dentárias e tecidos naturais de forma a
compreender o comportamento dos materiais dentários artificiais no ambiente oral quando
colocados nestas estruturas, assim como a formulação dos dentífricos. O capítulo 3 é referente
às resinas compostas e nele se descreve o estado da arte, a composição, as propriedades e
aplicações clínicas das resinas compostas. O capítulo 4 é dedicado à biotribologia dentária, onde
se descreve o comportamento tribológico da dentição natural assim como as propriedades
tribológica dos materiais artificiais para restauros dentários diretos.
O capítulo 5 consiste nos materiais e métodos. Neste capítulo são descritos os materiais
utilizados, nomeadamente o processamento de diferentes grupos de resinas compostas e
equipamentos utilizados nos testes de desgaste, assim como os métodos utilizados no tratamento
dos resultados obtidos através dos vários testes mecânicos efetuados.
O capítulo 6 é dedicado à análise e discussão dos resultados. Neste capítulo procura-se
compreender o comportamento de desgaste e resistência mecânica dos grupos de resinas
compostas em estudo.
Por fim, no último capítulo, são referidas as conclusões a retirar após a análise dos
resultados obtidos assim como a apresentação de sugestões para futuros desenvolvimentos.
16
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
2. Anatomia Dentária e Dentífricos
2.1 – Estrutura e anatomia do dente
A dentição humana é importante para o bom desempenho de funções mastigatórias,
articulação, fonação e oclusão. Para além destas funções, a dentição tem um papel fundamental
no desenvolvimento dos maxilares e músculos da face [5]. De forma cronológica, dois conjuntos
de dentição humana são apresentados ao longo da vida. O primeiro conjunto, denominado
primário ou decíduo, começa a desenvolver-se na décima quarta semana de gestação e torna-se
completo aos 3 anos de idade. A fase de transição entre o conjunto primário e o segundo conjunto,
o permanente, dá-se por volta dos seis anos até aos doze anos de idade. A partir desta idade
inicia-se a formação da dentição permanente completa, sendo no total 32 dentes (Figura 1) [6].
Figura 1- Representação da dentição primária e permanente [6]
Existem quatro estruturas dentárias distintas: os incisivos (1,2), caninos (3,4), prémolares (5,6) e molares (7,8) (Figura 2A). Cada dente possui uma porção acima da gengiva,
denominada de coroa e uma ou mais porções abaixo da gengiva, as raízes, que unem os dentes
17
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
ao osso alveolar. A coroa é revestida por um tecido mineralizado extremamente duro, o esmalte,
e as raízes por outro tecido mineralizado denominado cemento. Na parte interna do dente, abaixo
do esmalte encontra-se a dentina que compõe a maior parte da estrutura dentária. A dentina
delimita uma região denominada cavidade pulpar que é preenchido por tecido altamente
vascularizado e inervado, a polpa dental (Figura 2B) [6].
A
B
Figura 2 - – (A) Várias estruturas dentárias existentes na cavidade oral [e2]; (B) Esquema da estrutura do dente
[6]
O esmalte dentário é a estrutura mais mineralizada do organismo sendo formada,
considerando a odontogénese, por uma matriz extracelular única que resulta da síntese e
secreção de proteínas pelas células epiteliais do esmalte. A formação deste tecido é efetuada em
duas fases: a fase secretória que envolve a formação de proteínas e da matriz orgânica formando
o esmalte parcialmente mineralizado e a fase de maturação onde se completa a mineralização
do tecido. As células responsáveis pela formação do esmalte são denominadas ameloblastos e
são caracterizadas por possuírem uma extensão conhecida como processo de Tomes que contém
numerosos grânulos de secreção contendo as proteínas que constituem a matriz do esmalte.
Após a síntese do esmalte, os ameloblastos formam um epitélio protetor que recobre a coroa até
a erupção do dente, importante na prevenção de vários defeitos do esmalte. A unidade básica do
esmalte são os prismas que estão unidos entre si pelo esmalte interprismático. Tanto os prismas
como o esmalte são formados por cristais de hidroxiapatita diferindo apenas na orientação dos
cristais. Cada prisma estende-se ao longo do esmalte sendo que o agrupamento dos prismas é
importante para as propriedades mecânicas do esmalte. Este tecido tem uma forma complexa
resultando numa estrutura capaz de resistir mecanicamente a cargas mecânicas essenciais assim
como fenómenos abrasivos ao longo de toda a vida do indivíduo [7, 8]. O esmalte difere de outros
tecidos mineralizados do organismo (como a cartilagem óssea e a dentina) uma vez que não
apresenta colagénio na sua composição, é de origem epitelial e não sofre reabsorção nem
18
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
regeneração. É constituído por cerca de 92-96% de matéria inorgânica (essencialmente
hidroxiapatita), 1-2% de matéria orgânica e 3-4% de água. A elevada dureza do esmalte é
consequência da elevada percentagem de matéria inorgânica sendo o tecido mais duro do
organismo [9, 10]. Na Figura 3 é possível observar uma imagem resultante da análise SEM da
estrutura do esmalte. As setas indicam a presença de prismas neste tecido.
Figura 3 - Estrutura do esmalte [9]
A dentina é um compósito biológico complexo em termos fisiológicos e anatómicos. É
composta por tecido conjuntivo mineralizado e especializado. Entre a dentina e o esmalte existe
uma zona de transição que apresenta um gradiente de propriedades compensando a fragilidade
do esmalte. O processo de formação da dentina, a dentinogenese, é efetuada em duas etapas. A
primeira etapa consiste na formação da pré-dentina onde ocorre a deposição da matriz orgânica
e das substâncias inorgânicas sendo finalizada pela formação da dentina radicular. A matriz
orgânica é segregada por odontoblastos, células localizadas na periferia da polpa junto à dentina.
Estas células possuem uma extensão ramificada que penetra na dentina denominada de
prolongamento ondontoblástico. Estes prolongamentos tornam-se mais longos à medida que a
dentina se torna mais espessa ocupando canais estreitos existentes na estrutura dentária, os
túbulos dentários. A sua espessura é maior quanto mais próxima do corpo do odontoblasto. A
segunda etapa da dentinogenese é a mineralização que consiste na deposição de cristais de
hidroxiapatita na superfície das fibras de colagénio. Esta etapa ocorre na junção dentina/prédentina formando uma nova camada denominada dentina primária. Após a formação da dentina
primária os cristais de hidroxiapatita são depositados no interior das fibras de colagénio [7, 8]. Ao
19
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
contrário do tecido ósseo, a dentina não é vascularizada e é constituída por 70% de matéria
inorgânica (cristais de hidroxiapatita), 18% pela matriz orgânica (fibras de colagénio) e 12% de
água (% peso). Na Figura 4A é possível observar uma imagem obtida por microscopia eletrónica
de varrimento da estrutura da dentina. As setas indicam as áreas onde a dentina intertubular e
peritubular se encontram enquanto os símbolos (*) indicam apenas a dentina intertubular.
As propriedades mecânicas e estruturais da dentina variam de acordo com a localização.
É um tecido com dureza superior ao osso e inferior ao esmalte sendo por isso mais radiolucente.
Os prolongamentos odontoblásticos são responsáveis pela percepção de alterações de
temperatura, pH, pressão e cargas o que resulta em sensibilidade dolorosa. A dentina é sensível
a diversos estímulos como temperatura, trauma e pH ácido, sendo todos estes estímulos
percetíveis como dor [9, 11]. A junção dentina-esmalte tem elevada importância na medida em
que inibe a propagação de fissuras dissipando as tensões a que os dentes poderão estar sujeitos.
Esta junção apresenta elevada resistência à fratura sendo que na camada mais interior do dente
a dentina tem maior elasticidade suportando melhor a integridade do esmalte e prevenindo a
fratura deste [9]. Na Figura 4B é possível observar a estrutura desta junção onde “D” representa
a dentina, “E” o esmalte e as setas indicam a presença dos prismas do esmalte.
Figura 4 - (A) Estrutura da dentina; (B) Estrutura da junção dentina-esmalte [9]
A polpa dentária é um tecido conjuntivo mole, ricamente vascularizado e inervado. Contem
na sua composição várias células como odontoblastos, fibroblastos e uma matriz que contem
fibras de colagénio assim como vários glicosaminoglicanos [7, 8]. Este tecido é formado a partir
das células mesenquimais e tem várias funções: formação, nutrição, sensorial e defensiva. A
função mais importante da polpa é a formação da dentina durante o período de desenvolvimento
e o seu complexo sistema sensorial controla o fluxo sanguíneo e é responsável pelo alívio da
sensação de dor [6, 12].
20
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
O periodonto é uma estrutura dinâmica composta por tecidos que apoiam e envolvem o
dente. É constituído pela gengiva, ligamento periodontal, cemento e osso alveolar. A estrutura e
função dos tecidos do periodonto são mutuamente dependentes [12].
O cemento é um tecido duro complexo responsável pela junção da raiz do dente e do osso
alveolar através de um ligamento periodontal. Este tecido cobre a superfície da raiz do dente e
não contem vasos sanguíneos nem linfáticos, não possui inervação e não regenera. É
caracterizado por uma contínua deposição ao longo da vida. Tem como principal função a
contribuição para o processo de reparação após dano na superfície radicular. Pode ser
classificado de duas formas: cemento acelular que se forma durante a formação da raiz e na
erupção do dente e o cemento celular que se forma em resposta às solicitações funcionais sobre
o cemento acelular. As células do cemento celular são incorporadas ao cementoide que se
mineraliza para formar cemento. Os cementócitos comunicam entre si através de processos
citoplasmáticos. A presença de cementócitos permite o transporte de nutrientes para o cemento
e contribuem para a manutenção da vitalidade deste tecido. As fibras inseridas no cemento da
raiz e do osso alveolar são denominadas de fibras de Sharpey (FS) (Figura 5) e consistem em
fibras de colagénio que penetram no tecido ósseo e prendem o dente ao osso. É constituído por
65% de matéria inorgânica (hidroxiapatita), 23% de matéria orgânica (essencialmente fibras de
colagénio do tipo I) e 12% de água [7, 8].
Figura 5- Imagem de SEM do cemento; FS – Fibras de Sharpey [9]
O ligamento periodontal é o sistema que liga o dente ao osso alveolar. É formado
essencialmente por fibras de Sharpey, vasos sanguíneos e linfáticos assim como terminações
nervosas que circundam a raiz do dente unindo-a ao osso alveolar. É também constituída por
diversas células como fibroblastos, cementoblastos, osteoblastos, macrófagos e células
endoteliais. Tem várias funções como a formação e nutrição assim como propriedades físicas e
21
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
sensoriais específicas. As fibras do ligamento são organizadas para suportar pressões exercidas
durante a mastigação e consequentemente evita a transmissão direta da pressão para o osso que
poderia ocasionar uma reabsorção óssea localizada [7, 8].
O osso alveolar é um tecido conjuntivo mineralizado que está em contato direto com o
ligamento periodontal. É um osso imaturo no qual as fibras de colagénio não estão organizadas
no padrão típico do osso adulto. Estas fibras de colagénio estão dispostas em feixes que penetram
neste tecido e no cemento, formando uma espécie de ponte entre estas duas estruturas. Os vasos
sanguíneos atravessam o osso alveolar e penetram no ligamento periodontal ao longo da raiz.
Este tecido é constituído por 33% de matriz orgânica e 67% de matéria inorgânica (hidroxiapatita).
Além de ser responsável por manter a estrutura dentária, o osso alveolar tem a função de
proteção, locomoção e reservatório [7, 8].
2.2 – Dentífricos
Os dentífricos são utilizados como veículo de flúor e agentes químicos de forma a controlar
o acúmulo de biofilme oral e consequentemente prevenir o desenvolvimento de cáries e doenças
periodontais. Têm como função a limpeza e polimento das superfícies do dente utilizando uma
escova para esse fim [13].
Os dentífricos têm sido utilizados desde a antiguidade e são atualmente um elemento
indispensável dos cuidados de saúde dentária. O desenvolvimento dos dentífricos teve início na
China e Índia em 300 – 500 A.C e os abrasivos utilizados eram bastante simples tais como osso
e cascas de ovo esmagadas. Os dentífricos modernos foram desenvolvidos em 1800 e a sua
formulação continha sabão e giz. No entanto, após a segunda guerra mundial, devido aos avanços
na síntese de diferentes detergentes o sabão foi substituído por sulfato de sódio. Recentemente
existem formulações que libertam agentes ativos e previnem e/ou tratam doenças periodontais.
O primeiro agente ativo utilizado foi o fluoreto em 1914 mas a ADA (American Dental Association)
só consentiu a sua utilização em 1960. Para além do fluoreto, responsável por reduzir cáries
dentárias existem outros agentes terapêuticos como o nitrato de potássio para tratar a
hipersensibilidade dentária e o triclosan para reduzir inflamação da gengiva [14,15].
Atualmente os dentífricos são produzidos de forma a servirem vários propósitos em
simultâneo e possuem uma composição química complexa. São também utilizados como veículos
para agentes anti-microbianos que previnem doenças periodontais [14,15].
22
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
Os dentífricos são compostos por uma variedade de componentes que permitem que
estes desempenhem a sua função sem causar problemas nomeadamente o desgaste do esmalte
(Tabela 1) [13].
Tabela 1- Composição dos dentífricos e função de cada componente [13]
Componente
Função
Humectante
Melhora consistência e facilita dispersão na
saliva
Água
Solvente
Espessante
Evita separação de elementos sólidos e
líquidos
Detergente
Facilita limpeza mecânica
Flavorizante
Sabor
Conservantes
Evita contaminação microbiana
Agentes preventivos e terapêuticos
Prevenção de doenças periodontais.
Os abrasivos também estão presentes na composição dos dentífricos com o objetivo de
garantir a limpeza e polimento dos dentes sendo que os mais utilizados são a sílica, o carbonato
de cálcio e o bicarbonato de cálcio. No entanto estes abrasivos têm sido relacionados com o
desgaste dental. As manchas nos dentes estão associados à pigmentação da pelicula adquirida,
a qual se forma na superfície do dente provocada pela acumulação de proteínas salivares.
Enquanto a placa bacteriana pode ser removida utilizando apenas uma escova, para a remoção
da pelicula adquirida é necessário um abrasivo.
É necessário estabelecer um limite de abrasividade considerando a dureza das estruturas
dentárias. Este limite de abrasividade é denominado de RDA (relative dentin abrasion) [13, 16].
O RDA consiste num método in vitro que permite determinar a capacidade do dentífrico em
remover a dentina. O valor depende do tamanho, concentração e estrutura de superfície do
abrasivo utilizado [17]. O conhecimento do RDA do dentífrico é importante uma vez que a
abrasividade do produto deve ser determinada de forma a assegurar que durante a sua utilização
os tecidos não sejam comprometidos. No entanto, o significado clínico do RDA ainda não está
completamente avaliado [18]. Na Tabela 2 é possível observar os valores de RDA e respetiva
abrasividade.
23
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
Tabela 2- Valores de RDA e respetiva abrasividade [18]
RDA
Abrasividade
0 – 70
Baixa
70 – 100
Média
100 – 150
Elevada
150 – 250
Limite máximo permitido
Existem vários tipos de dentífricos disponíveis no mercado entre os quais: anticárie e
antiplaca, anti-tártaro, anti-sensibilidade por fim os clareadores dentais que utilizam peróxidos
associados a agentes abrasivos e removem pigmentos extrínsecos do esmalte [13, 16].
24
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
3. Resinas Compostas
3.1 – Estado da arte
Previamente ao desenvolvimento das resinas compostas, o amálgama de prata era o material
d primeira escolha para proceder a restauros diretos (Figura 6). Este material consiste
essencialmente em partículas de Ag-Sn-Cu combinado com mercúrio. A reação de cristalização
entre o mercúrio e a liga resulta na formação de um material de restauro mas no entanto
apresenta uma cor escura o que afeta o resultado da restauração. O amálgama de prata tem sido
utilizada com sucesso durante vários anos. Porém, por diversas razões, incluindo o
desenvolvimento de resinas compostas e o facto do nível de biocompatibilidade ser dúbio e
frequentemente questionável, a sua utilização clínica tem vindo a diminuir [19].
Figura 6 - Amálgama utilizado para restauração dentária [19]
As primeiras resinas desenvolvidas, destinadas a restauros dentários diretos, foram as resinas
acrílicas quimicamente ativas. Eram resultado da combinação de metilmetacrilatos e polímeros.
No entanto a alta contração de polimerização associada a baixa estabilidade de cor prejudicaram
o seu desempenho a curto e médio prazo. Na tentativa de reduzir a elevada contração de
polimerização foram inseridas partículas inorgânicas de carga que geram uma redução relativa
do volume ocupado pelo monómero. O insucesso clínico das resinas acrílicas foi determinado
pela falta de união química entre as partículas de carga e o polímero após polimerização o que
gerava fissuras entre a matriz polimérica e as partículas inorgânicas resultando num material com
baixa resistência ao desgaste e pouca estabilidade de cor [20, 21].
Na década de 50, foram desenvolvidas as resinas epóxicas. Estas resinas têm algumas
vantagens tais como baixa contração de polimerização, baixa solubilidade do polímero e alta
resistência mecânica. No entanto, os longos períodos de polimerização tornaram-se uma
desvantagem para a utilização destas resinas [20, 21].
25
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
Com o intuito de unir as características desejáveis das resinas acrílicas com as resinas
epóxicas foi desenvolvido um novo monómero denominado de bisfenol glicidil metacrilato (BisGMA). Este monómero tem alto peso molecular e significante menor contração de polimerização.
O Bis-GMA contém a espinha dorsal das resinas epóxicas com terminações de grupos
metacrilatos. A união deste monómero com cargas inorgânicas deu origem às resinas compostas.
Uma vez que este monómero tem viscosidade elevada, é habitualmente misturado com outros
dimetacrilatos tais como TEGDMA ou UDMA. [20, 21]
Desde o aparecimento das resinas compostas, têm sido desenvolvidas mudanças que
envolvem as partículas de carga, as quais têm sido reduzidas em tamanho, para produzir
materiais que demonstram maior resistência ao desgaste. As propriedades dos restauros
utilizando resinas são consideravelmente influenciadas pelas partículas de carga utilizadas e as
resinas compostas são distinguidas pelas características destas partículas e em particular pelo
seu tamanho. De facto, as partículas de carga em compósitos dentários influencia diretamente a
radiopacidade, resistência ao desgaste, módulo de flexão e coeficiente de expansão térmica. A
contração de polimerização correlaciona-se com a quantidade volumétrica das partículas de carga
no compósito, pois afeta a proporção de matriz polimérica suscetível à contração [22, 23].
As primeiras resinas compostas, desenvolvidas no final da década de 70, continham
partículas de carga em escala macrométrica alcançando um tamanho médio até 50 µm. Os
materiais que continham estas partículas eram bastante mais resistentes mas muito difíceis de
polir e consequentemente obter uma superfície com baixa rugosidade. Atualmente as partículas
inorgânicas apresentam um tamanho médio entre 0,2 e 5 µm [22, 23].
No início da década de 80, foram desenvolvidas partículas de carga esféricas com tamanho
micrométrico. No entanto estas partículas alcançavam um tamanho médio de 40nm. As
partículas de carga de tamanho micrométrico teriam sido denominadas partículas de carga
nanométricas mas devido à falta de experiência com a escala nano na altura tal não foi possível.
Estes compósitos permitiam excelente polimento mas apresentavam baixa resistência mecânica
devido à baixa quantidade de partículas de carga [22, 23].
No fim da década de 80 foram desenvolvidos compósitos com partículas inorgânicas com
tamanho aproximado de 1 µm juntamente com uma porção de sílica coloidal com tamanho médio
de 40nm. Estes compósitos foram denominados de resinas compostas híbridas.
Desenvolvimentos no tamanho das partículas resultaram em compósitos com tamanho de
partículas entre 0,4 e 1 µm, denominadas resinas compostas micro híbridas. Estes materiais
26
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
foram considerados universais uma vez que podem ser utilizados para aplicações de restauro
anteriores e posteriores baseados na sua combinação de resistência mecânica e baixa rugosidade
promovendo adequado efeito estético. O desenvolvimento mais recente são os compósitos com
partículas de carga de tamanho nanométrico. Muitos fabricantes têm modificado as formulações
das resinas compostas micro-híbridas para incluírem maior quantidade de nano partículas sendo
denominados de nano-híbridas. Em geral, torna-se difícil distinguir entre os nano-híbridas e os
micro-híbridas uma vez que as propriedades mecânicas de ambos tendem a ser semelhantes
[22, 23]. Na Figura 7 é possível observar a evolução dos compósitos dentários.
Figura 7- Evolução dos compósitos dentários [22].
3.2 - Composição das resinas compostas
Na maioria das resinas compostas existentes o monómero utilizado é o BisGMA (Figura
8). Este monómero possui baixo peso molecular (513,00), elevada viscosidade dinâmica (106
mPa.s) e baixa flexibilidade. Estas duas últimas características conferem um baixo grau de
conversão à temperatura ambiente. Devido à alta viscosidade do BisGMA dois outros monómeros
de baixo peso molecular, TEGDMA e EGDMA, são adicionados de forma a diminuir a viscosidade
da matriz polimérica facilitando a sua manipulação. Além da diminuição da viscosidade esta
mistura de monómeros permite uma maior incorporação de partículas de carga e um maior grau
de conversão dos monómeros em polímeros. No entanto, a mistura apresenta também a
desvantagem de aumentar a contração de polimerização da matriz polimérica influenciando
27
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
negativamente as propriedades mecânicas das resinas compostas. A magnitude da contração de
polimerização depende do peso molecular e do grau de conversão da molécula. Quanto maior o
peso molecular do monómero, menor a contração de polimerização assim como quanto maior a
reatividade, maior o grau de conversão dos monómeros em polímeros e consequentemente maior
a contração de polimerização [20, 24].
Figura 8- Estrutura do monómero Bis-GMA [24]
Outro monómero utilizado para a matriz orgânica é o UDMA com peso molecular
semelhante ao BisGMA (470,56) mas com menor viscosidade (11 000 mPa.s) o que permite a
sua utilização isolada, ou seja, não existe a necessidade de utilizar monómeros diluentes. Quanto
menor for a viscosidade da matriz, maior quantidade de carga pode ser incorporada aumentando
a rigidez e a resistência mecânica e diminuindo o coeficiente de expansão térmica e a solubilidade
[20]. Na Tabela 3 apresentam-se os monómeros utilizados no fabrico de resinas compostas.
Tabela 3- Monómeros utilizados para fabrico de resinas compostas [25]
Substância
Nome
BisGMA
Bisfenol
Espécie química
Peso molecular
glicidil
C29H36O8
513,0
glicol
C14H22O6
286,32
C23H38N2O8
470,56
metacrilato
TEGDMA
Trietileno
dimetacrilato
UDMA
Uretano
dimetacrilato
Os inibidores estão presentes na constituição das resinas compostas unicamente com
dois objetivos: evitam a polimerização espontânea dos monómeros e aumentam o tempo de vida
útil da resina [20].
Os modificadores de cor permitem às resinas atingirem diferentes cores de forma a
mimetizar as estruturas dentárias de cada paciente. São adicionados pigmentos inorgânicos,
nomeadamente óxidos metálicos com alto peso molecular. As resinas compostas com reduzida
28
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
quantidade de óxidos são translúcidas tornando-as ideais para mimetizar o esmalte. Por outro
lado, resinas que contêm maior quantidade de óxido são mais opacas sendo ideias para
substituição da dentina [20, 26].
Os monómeros polimerizam por reação de adição que é iniciada pela formação de
radicais livres. Esta reação é efetuada pelo sistema iniciador/ativador que está presente na
constituição da resina. Dois grupos de resinas são comercialmente apresentadas: resinas
compostas quimicamente ativas e resinas compostas fotoativadas. A maioria das resinas
utilizadas atualmente sofre uma polimerização por fotoativação sendo comercializadas com uma
consistência pastosa e armazenadas em bisnagas [20, 26].
De facto, a adição de partículas inorgânicas é o mais importante pois reduz a quantidade
de matriz orgânica diminuindo assim algumas desvantagens como a contração de polimerização,
alto coeficiente de expansão térmica e a absorção de água. Na maioria das resinas disponíveis
atualmente é utilizada sílica coloidal como partícula de carga. Juntamente com a sílica coloidal
são utilizados outros tipos de partículas de carga como partículas de vidro de bário, estrôncio,
zircónia e fluoreto de itérbio. Estas substituíram as partículas de quartzo pois têm uma dureza
menor permitindo também melhor moagem para atingir tamanhos inferiores a 6 µm. As partículas
contribuem para a radiopacidade das resinas facilitando a deteção de cáries [20, 26]. Na Figura
9 é possível observar a classificação das resinas compostas de acordo com as suas partículas de
carga.
Figura 9 - Classificação das resinas compostas de acordo com as partículas utilizadas [27]
Para que as partículas de carga cumpram a sua função é necessário que estejam unidas
quimicamente à matriz orgânica. Esta união garante uma distribuição mais uniforme das tensões
geradas no ambiente oral. Falhas no estabelecimento desta união provocam a concentração de
tensões na interface carga/matriz dando origem à formação de fissuras. Estas fissuras são
responsáveis pela redução das propriedades mecânicas, facilitando a entrada de fluídos e
acelerando a degradação das resinas [20].
As resinas compostas podem ser classificadas em 3 grupos distintos:
29
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
•
Resinas de classe 1: compreendem todas as resinas autopolimerizáveis, isto é, a
polimerização ocorre durante a mistura entre o iniciador e o ativador;
•
Resinas de classe 2: polimerização das resinas é efetuada a partir da energia de uma
fonte externa sendo que estes materiais estão subdivididos:
•
o
Classe 2 grupo 1 – materiais que requerem aplicação de energia intra-oral;
o
Classe 2 grupo 2 – materiais que requerem aplicação de energia extra-oral; a
Resinas de classe 3: compreendem materiais de polimerização dual, ou seja, materiais
que polimerizam tanto por mecanismos químicos como físicos.
3.3 – Propriedades das resinas compostas
Como reportado previamente, a adição de partículas inorgânicas traz vantagens a estas
resinas compostas como a rigidez, dureza, resistência e baixo coeficiente de expansão térmico
linear [25].
A polimerização das resinas compostas ocorre aquando a conversão do monómero em
polímero e depende de vários fatores tais como a composição das resinas, a radiopacidade e a
concentração do sistema iniciador/ativador. O grau de conversão depende em grande parte das
propriedades e características do material sendo que materiais com elevado grau de conversão
demonstram melhores propriedades mecânicas. A contração de polimerização é determinada
pela percentagem volumétrica das partículas de carga e pela composição da matriz. Este
fenómeno ocorre quando os monómeros reagem entre si e estabelecem uma ligação covalente
resultando uma redução de volume. Esta redução volumétrica origina microinfiltrações entre a
resina e a estrutura dentária podendo resultar em doenças periodontais, nomeadamente a cárie
dentária e podendo ainda comprometer a viabilidade da restauração. Na Figura 10 encontra-se
representada a contração da resina durante a polimerização resultando na formação de uma
fenda marginal [25].
Figura 10 - Contração de polimerização que ocorre nas resinas compostas [25]
30
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
As resinas têm uma resistência à flexão, tenacidade à fratura e resistência à tração
próximas à amálgama de prata. No entanto, têm menor módulo de elasticidade (6-14 GPa) o que
poderá permitir o aumento da deformação plástica e/ou desgaste durante o seu desempenho
[22].
O efeito das partículas inorgânicas nas propriedades das resinas compostas depende do
tipo, forma, tamanho e quantidade de partículas incorporadas e a união destas partículas com a
matriz da resina. As propriedades térmicas e mecânicas variam de acordo com as características
das resinas. A resistência à compressão e o módulo de elasticidade aumentam com o aumento
da quantidade das partículas de carga assim como a resistência à abrasão, provavelmente
consequência do aumento da dureza. Se as partículas de carga adicionadas forem translúcidas,
as propriedades óticas da resina são melhoradas e é produzida uma aparência semelhante à
dentição natural [25]. Relativamente às propriedades térmicas, também influenciadas pelas
partículas de carga, sabe-se que com o aumento do conteúdo de carga o coeficiente de expansão
térmica diminui. A difusão térmica também depende da quantidade de partículas de carga
presentes. As resinas compostas não possuem capacidade de adesão às estruturas dentárias e
por este motivo é necessário a aplicação de um sistema adesivo sobre o esmalte e dentina [25].
3.4 – Aplicações clínicas
As restaurações dentárias podem ser classificadas de duas formas: restaurações anteriores ou
posteriores. A escolha do material a utilizar numa restauração depende de como o defeito é
classificado. As resinas compostas são o material ideal tanto para restaurações anteriores como
para restaurações posteriores uma vez que para restauros anteriores os fatores a ter em conta
são principalmente a aparência estética, a combinação de cor e polimento. Enquanto para os
restauros posteriores é importante ter em conta fatores como a resistência mecânica ao desgaste
e elevada resistência à fratura [25]. Na Figura 11 podem observar-se duas restaurações diretas
efetuadas com resinas compostas.
Figura 11 - Restaurações diretas utilizando resinas compostas [25]
31
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
4. Biotribologia Dentária
4.1 – Tribologia
A tribologia consiste na ciência que estuda os fenómenos do atrito, desgaste e lubrificação
de sistemas em que superfícies com movimento relativo se contatam [28]. Os três termos atrito,
abrasão e erosão são utilizados na literatura dentária para descrever o desgaste de dentes e
materiais dentários. O atrito descreve o desgaste em locais de contacto entre dentes; o conceito
de abrasão é utilizado para desgaste em locais sem contacto e erosão descreve a perda de
material atribuído a efeitos químicos (Figura 12). Estes termos são bastante diferentes dos termos
de engenharia utilizados em tribologia para descrever processos similares de desgaste uma vez
que estes descrevem as manifestações clinicas em vez de descreverem os mecanismos de
desgaste [29].
A
B
Figura 12- Fenómenos tribológicos em ambiente oral classificados de acordo com a literatura dentária: Aabrasão, B- Atrito e erosão [30]
No presente estudo é dada preferência à terminologia de engenharia para descrever os
conceitos de tribologia. Assim, sob o ponto de vista de engenharia, o desgaste por abrasão é o
tipo de desgaste mais comum. Com efeito, a uma escala microscópica nenhuma superfície é
completamente lisa, sendo constituída por uma distribuição aleatória de picos e vales formando
as asperidades. Dependendo da micro-rugosidade das superfícies são originados micro contactos
cujo número e dimensão determinam a área real de contacto. Quando ocorre contato entre
superfícies de diferente dureza, as asperidades da superfície mais dura comportam-se como
protuberâncias abrasivas. Dependendo da presença ou não de partículas soltas na interface de
contato, a tribologia distingue dois tipos de abrasão: abrasão a dois corpos e abrasão a três corpos
[31].
32
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
4.2 – Comportamento tribológico da dentição natural
O ambiente oral tem um papel extremamente importante no comportamento tribológico
tanto da dentição natural como artificial. Neste ambiente ocorrem vários fenómenos, entre eles a
abrasão [32].
Na medicina dentária a definição de abrasão consiste no atrito entre dente ou restauro e
um agente exógeno causando uma forma de desgaste que normalmente é resultante de
interações a três corpos. A fricção e abrasão podem resultar do contacto direto entre os dentes e
quaisquer partículas abrasivas durante a mastigação e escovagem. Os benefícios da escovagem
são muito maiores que as desvantagens, no entanto a abrasão pode ocorrer como resultado de
uma escovagem demasiado agressiva e a utilização inapropriada de fio dental. A abrasão é
dividida em diferentes categorias: abrasão patológica onde ocorre perda do tecido dentário de
forma não natural através de processos mecânicos como a escovagem, abrasão fisiológica onde
existe perda natural de tecido dentário e abrasão profilática que resulta da acção de agentes
patogénicos. A abrasão no ambiente oral pode variar consideravelmente devido a diferentes
substratos, superfícies de abrasão opostas, sistemas de lubrificação e abrasivos [32].
O desgaste dentário tem consequências clínicas significativas tanto estéticas como
funcionais. A perda da superfície do dente causada por abrasão é o problema clínico mais comum
com diversos estudos epidemiológicos a estimar uma prevalência de 97%, com 7% da população
a necessitar de tratamento. Se o desgaste não for controlado, o esmalte irá eventualmente fissurar
causando a exposição da dentina que consequentemente irá acelerar as taxas de desgaste (Figura
13) [32].
Figura 13- Abrasão em tecidos dentários naturais. A seta indica a exposição da dentina [32].
O desgaste excessivo dos dentes pode resultar em consequências desastrosas tais como
danos inaceitáveis às superfícies de oclusão, alteração do movimento mastigatório,
hipersensibilidade da dentina e patologias da polpa dentária. A boca providencia um sistema
33
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
tribológico extremamente complexo. Por este motivo, a abrasão de dentes e restauros é
multifatorial onde ocorrem processos físicos e químicos [32].
O atrito ocorre durante as funções orais normais, no entanto o desgaste dentário, um
processo cumulativo e multifatorial, é irreversível. Foi demonstrado que a taxa de desgaste
dentário está associado a fatores como idade, género, distúrbios gastrointestinais, toma excessiva
de frutos cítricos ou alimentos com baixo pH, fatores ambientais, fatores associados à saliva e
anomalias congénitas de tecido dentário [32].
Um estudo efetuado da fricção e desgaste do esmalte e dentina contra esferas de titânio
utilizando saliva artificial como lubrificante demonstrou que a zona do esmalte sofre menor atrito
em comparação com a zona da dentina do mesmo dente [32].
4.3 – Comportamento tribológico de materiais dentários artificiais
Considerando o complexo ambiente oral e a sua biomecânica, os processos de desgaste
em materiais dentários artificiais são complicados e normalmente incluem fenómenos de atrito,
adesão, abrasão, corrosão e fadiga. Estes processos causam a perda de superfície dos materiais
artificiais presentes na boca. O desgaste tem demonstrado ser um grande problema na utilização
de materiais artificiais, especialmente em restauros com resinas compostas, levando a falhas
prematuras e substituição do restauro [32].
A resistência ao desgaste de materiais dentários artificiais é importante para a
longevidade clínica, estética e resistência à placa dental. Os estudos estão fundamentalmente
virados para a resistência ao desgaste de materiais dentários artificiais e a predisposição destes
materiais para criar desgaste nas superfícies opostas, especialmente o esmalte [32].
O principal problema da utilização de materiais compostos é a resistência inadequada ao
desgaste quando utilizados como restauros posteriores, devido à existência de cargas mais
elevadas nesta zona, que consequentemente resulta na perda da forma anatómica. O desgaste
pode ocorrer devido a fatores materiais ou clínicos. Os fatores materiais consistem no tamanho,
forma e dureza das partículas inorgânicas, a percentagem volumétrica destas partículas, o espaço
entre elas, a distribuição das partículas e o seu grau de conversão de monómero em polímero.
[32,33].
Uma vez que o processo de abrasão a três corpos envolve o desgaste de material através
de abrasivos com elevada dureza, a adição de partículas inorgânicas com maior dureza a uma
matriz com dureza menor permite melhorar a resistência à abrasão do material. Um fator
importante é o tamanho das partículas. Testes efetuados in vitro indicam que resinas compostas
34
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
que continham partículas esféricas com 0,2 µm de diâmetro exibiam uma maior resistência ao
desgaste comparado com resinas que continhas partículas inorgânicas de tamanho superior. Um
aspeto importante de referir também é a fragilidade das partículas. Por outro lado, sob elevadas
tensões, as partículas inorgânicas frágeis podem fraturar ou serem ejetadas da superfície
causando rápida abrasão da resina composta [33].
Além da adição de partículas inorgânicas à matriz da resina composta, as interações entre
partículas e a matriz têm grande efeito no aumento da resistência ao desgaste. Estudos indicam
que à medida que a percentagem volumétrica das partículas de carga aumenta, o desgaste foi
reduzido independentemente do tratamento efetuado às partículas inorgânicas. O espaçamento
entre partículas e a distribuição destas na matriz também influencia as propriedades físicas e o
comportamento ao desgaste das resinas compostas. Ao diminuir o espaçamento entre partículas
há consequentemente uma diminuição do desgaste, uma vez que partículas inorgânicas
localizadas muito próximas entre si protegem a matriz da resina. Estudos indicam que o
espaçamento crítico entre as partículas deve ser entre 0,1 – 0,2 µm [33].
A composição da matriz polimérica é também um fator importante que afeta a taxa de
desgaste das resinas compostas. Assim, por exemplo, a maior resistência ao desgaste associada
ao par de monómeros UEDMA/TEGDMA pode ser relacionado com o seu grau de conversão mais
elevado do que no caso do par BisGMA/TEGDMA [33].
O desgaste em materiais de restauro dentário pode originar consequências sistémicas
através da ingestão ou inalação de partículas resultantes do desgaste. Em resinas compostas,
além da preocupação existente com as partículas que se libertam do monómero, as partículas
inorgânicas de tamanho nano e micrométrico que se podem aglomerar nos tecidos biológicos
podem originar patologias no fígado, rins e intestinos. Alguns resultados da simulação do desgaste
mostram que a maioria das resinas compostas que são desintegradas durante fenómenos de
atrito ou abrasão têm diâmetros menores que 100 µm, o que corresponde ao valor para absorção
de partículas no trato respiratório e digestivo [34].
35
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
5. Materiais e métodos
5.1 – Preparação das amostras
Neste estudo foram utilizados quatro grupos de resinas compostas disponíveis
comercialmente: Grandio®So (Voco, Alemanha); Ceram-X
TM
(Dentsply, Alemanha); Clearfil ™
(Kuraray, Japão); e Natural Elegance® (Henry Schein, EUA). Na Tabela 4 está descrita a
composição de cada uma das resinas utilizadas, de acordo com o fabricante.
Tabela 4 - Composição das resinas compósitas
Compósito
Composição
Composição
Inorgânica
Orgânica
Tipo
Dimensão (µm)
Fração
(volume/peso)
Grandio®So
BisGMA, BisEMA
Vidro de bário
1
(Voco)
UDMA, TEGDMA
Sílica
20 x 10-3 – 40 x 10-3
Ceram-X™
BisGMA
Vidro de bário
1
(Dentsply)
TEGDMA
Sílica
10 x 10-3
Clearfil™
BisGMA
Vidro de bário
0,1 - 2,5
(Kuraray)
TEGDMA
Sílica
20 x 10-3 - 60 x 10-3
Natural
BisGMA
Vidro de bário
0,01 - 0,7
Sílica
20 x 10-3 – 60 x 10-3
73%
56%
82%
54%
elegance®
(Henry Schein)
As amostras dos quatro grupos de resinas compostas foram processadas de acordo com
as instruções do fabricante. Foram produzidas 40 amostras com dimensões 10x10x2 mm3 para
efetuar os testes de desgaste e 40 amostras com dimensões 6x4 mm2 e para os testes de
compressão. As resinas foram inseridas em incrementos de 2 mm em silicone de adição (Aquasil
Soft Putty, Dentsply) com uma espátula de Heidemann. Os incrementos de resina foram
posicionados com o brunidor e fotopolimerizados durante 40 s com o aparelho calibrado (Cicada
CV-215-I Stilight, 1200 mV/cm2). Foi colocada uma placa de vidro de 1 mm de espessura sobre
a última camada de resina para alisar a superfície e de seguida a camada foi polimerizada por 40
36
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
s. As amostras de resina foram retiradas do molde e fotopolimerizada por mais 40 segundos no
lado oposto.
Após a polimerização as amostras foram submetidas a lixamento com lixas de carboneto
de silício entre 180 e 4000 Mesh. Após o lixamento, as amostras foram polidas com uma
suspensão de partículas de diamante (1 µm). Posteriormente, as amostras foram lavadas em
água destilada durante 15 minutos em banho ultra-sônico.
5.2 – Testes de compressão
Os provetes de resina composta (6 x 4 mm2 ) foram imersos em água destilada 24 horas
antes dos ensaios de compressão. Os testes de compressão foram efetuados com uma máquina
de ensaios mecânicos universal (Instron 8874, MA, EUA), controlada com o auxílio de um
programa de computador (Instron Bluehill 2.6). A compressão sobre os provetes foi efetuada com
um deslocamento à taxa de 1 mm/min e uma célula de carga de 25 kN. Foram testadas 20
provetes por cada grupo de resinas compostas, obtendo-se o respetivo gráfico com valores de
carga (N) versus extensão. A resistência à compressão foi calculada pela fórmula F/πr2, onde F é
a carga máxima suportada pelo material e r o raio da secção transversal do provete.
Além dos testes de compressão permitirem determinar a resistência dos materiais à
compressão é também possível determinar o módulo de elasticidade dos materiais. O módulo de
elasticidade pode ser definido como sendo a relação entre a tensão aplicada e a deformação
instantânea dentro de um limite proporcional. Deste modo, é utilizada a lei de Hooke para a
determinação do módulo de elasticidade ou módulo de Young: 𝐸𝐸 =
5.3 – Testes de micro-abrasão
𝛿𝛿
𝜀𝜀
Os testes de micro-abrasão foram efetuados utilizando o equipamento Plint TE 66 (Figura
14A).
A
B
Figura 14 -(A) Equipamento de micro-abrasão (Plint TE 66); (B) Representação esquemática dos testes de microabrasão
37
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
Após limpeza por 5 minutos em álcool isopropílico em banho ultra-sônico, as amostras
de resina composta foram coladas numa placa em liga de alumínio de forma e dimensões
compatíveis com a sua fixação no porta-provetes (Figura 15).
Figura 15 - Amostra preparada para colocação no equipamento
O abrasivo utilizado nos testes de micro-abrasão consistiu numa solução de água
destilada com pasta dentífrica (Colgate-Palmolive®, Anti-tártaro + braqueamento) na proporção
de 2:1 a qual foi mantida homogénea durante a realização dos testes mediante a colocação do
recipiente em vidro que a continha sobre um agitador magnético em operação. A pasta utilizada
apresenta um RDA de 200. Foi preparada uma solução abrasiva nova sempre que se iniciaram
testes com um grupo distinto de amostras.
Os testes de micro-abrasão foram realizados com uma esfera de aço (ASTM 52 100),
com 25 mm de diâmetro (Figura 16). A carga normal adotada foi sempre de 3N e a sua velocidade
de rotação foi mantida constante, assumindo o valor de 50 rpm. Cada teste teve uma duração
correspondente a 300 rotações e foram efetuados 3 testes para cada tipo de resina composta.
Os parâmetros foram definidos com base na literatura bibliográfica. Após o teste de microabrasão
as amostras foram lavadas com água destilada por 5 minutos em banho de ultra-som e
armazenadas para posterior caracterização superficial.
F
Figura 16 - Representação esquemática dos testes de micro-abrasão
38
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
Através da medição do diâmetro da cratera de abrasão formada é possível determinar o volume
𝑏𝑏 4
de material perdido através da equação: 𝑉𝑉 = 𝜋𝜋 64𝑅𝑅 onde b corresponde ao diâmetro externo da
cratera e R o raio da esfera utilizada. As medições foram efetuadas através das imagens de
microscopia ótica e utilizando o software Image J.
5.4 – Testes de deslizamento linear alternativo
Os testes de deslizamento linear alternativo foram efetuados num tribómetro CETR UMT2 (Figura 17A).
A
B
Figura 17 – (A) Tribómetro CETR UMT-2 utilizado para os testes de deslizamento linear alternativo; (B)
Representação esquemática do tribómetro
As amostras de resina composta destinadas aos testes de deslizamento foram polidas e
lavadas em banho de ultra-sons imersas em álcool isopropílico por 5 minutos e depois em água
destilada 24 horas antes do ensaio. Os testes decorreram na presença de saliva artificial de
Fusayama (Tabela 5) a qual foi mantida à temperatura de 37 °C ±1 °C. Como superfície oponente
foi utilizada uma esfera de alumina 10 mm de diâmetro.
39
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
Tabela 5 - Saliva artificial de Fusayama
Componentes
g/L
NaCl
0,4
KCl
0,4
CaCl2 . 2H2O
0,795
Na2S . 9H2O
0,005
NaH2PO4 . 2H2O
0,69
Ureia
1
Cada teste de deslizamento linear alternativo teve a duração de 90 minutos e foi utilizada uma
carga normal de 20 N. A frequência e amplitude do movimento de oscilação da placa foram
fixadas em 1 Hz e 2,5 mm, respetivamente. Foram efetuados 3 testes por material a caracterizar,
perfazendo um total de 12 testes. Durante os testes de deslizamento foram continuamente
registados os valores do coeficiente de atrito, força normal (Fn) e força tangencial no contacto (Ft)
utilizando o programa de computador específico para o tribómetro, UMT2 (CETR, USA). Na Figura
18 é possível observar um pormenor mostrando o porta-esferas e a placa em resina composta.
Porta-esferas
Placa (resina composta)
Figura 18 - Pormenor evidenciando o porta-esferas e a placa em resina composta
Estes testes consistem no deslizamento da amostra em contacto com uma superfície
oponente, neste caso uma esfera de alumina, resultando numa depressão denominada pista de
desgaste (Figura 19).
40
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
Figura 19 - Representação esquemática da formação da pista de desgaste
É possível calcular o volume de desgaste, através de uma série de medições efetuadas à
amostra. As pistas de desgaste correspondem a marcas provocadas pela esfera de alumina
quando penetra no material. As extremidades da pista correspondem a calotes esféricas e
consequentemente a largura da pista de abrasão corresponde ao diâmetro da calote (Figura 20A).
Sabendo o raio da esfera de alumina (R), assim como o raio da calote (s), pelo teorema de
Pitágoras consegue-se calcular a profundidade da pista de abrasão (h) (Figura 20B).
h
h’
A
s
R
B
Figura 20 - Cálculo da profundidade da pista de desgaste
Calculando o valor de h’ através da equação ℎ′ = √𝑅𝑅 2 − 𝑠𝑠 2 , é possível determinar a
profundidade da pista de abrasão, h = R − h’.
O volume de material perdido nas extremidades corresponde a uma calote (meia calote em
cada uma das duas extremidades) e pode ser calculado através da equação utilizada no
𝑏𝑏 4
tratamento dos testes de micro-abrasão, 𝑉𝑉 = 𝜋𝜋 64𝑅𝑅 , sendo que b corresponde à largura da pista
de abrasão.
Relativamente ao cálculo do volume da parte intermédia da pista de abrasão (Figura 21),
através da multiplicação da área da base pela altura (amplitude da pista de desgaste) é possível
41
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
determinar o volume de material perdido. As imagens resultantes da microscopia ótica podem
ser observadas na Figura 22.
Figura 21 - Secção intermédia da pista de abrasão
Figura 22 - Microscopia ótica das amostras submetidas aos ensaios de deslizamento linear alternativo
Para a determinação da área da base é necessário calcular a área da secção circular
(Figura 23A) 𝐴𝐴(𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠ç𝑎𝑎𝑎𝑎) =
1
2
(Figura 23B) 𝐴𝐴(𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡â𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛) =
A(triangulo) (Figura 23C).
A
𝑠𝑠
× 𝑅𝑅 2 × 𝜃𝜃, sendo 𝜃𝜃 = arcsin 𝑅𝑅 , e a área do triângulo formado
𝑏𝑏 ×ℎ´
2
, sendo que a área real é dada por: A(real) = A(secção) –
C
B
Figura 23 - Cálculo da área da base da secção intermédia da pista de abrasão
42
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
O volume total da pista de abrasão corresponde desta forma à seguinte equação:
𝑏𝑏 4
𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎ã𝑜𝑜 (𝑚𝑚𝑚𝑚3 ) = (𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴(𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟) × 𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴) + 𝜋𝜋 64𝑅𝑅
Além de permitirem calcular o volume de desgaste, os testes de deslizamento linear alternativo
permitem também calcular a taxa de desgaste, dividindo o volume perdido pela distância total
percorrida.
5.5 – Microscopia Ótica
De forma a ser possível fazer as medições necessárias à quantificação do volume de
desgaste, as amostras em forma de placa dos testes de micro-abrasão e dos testes de
deslizamento linear alternativo foram observadas em microscópio ótico (Leica DM 2500M, Leica
Microsystems, Alemanha) (Figura 24).
Figura 24 - Microscópio Ótico
As imagens obtidas por microscopia ótica foram analisadas com recurso ao software Image J
(National Institutes of Health, EUA) a fim de medir o diâmetro das marcas de desgaste resultantes
dos testes de abrasão assim como medir os parâmetros geométricos necessários à quantificação
nas pistas de desgaste dos testes de deslizamento. Na Figura 25 apresentam-se, a título de
exemplo, imagens de microscopia ótica correspondentes a marcas de desgaste resultantes de
testes de micro-abrasão e testes de deslizamento.
43
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
A
B
C
D
Figura 25- Imagens de microscopia ótica de amostras submetidas a: A,B – testes de micro-abrasão; C,D - testes
de deslizamento linear alternativo
5.6 – Microscopia Eletrónica de Varrimento (SEM)
As imagens SEM foram obtidas através do equipamento JSM-6390LV (JEOL, USA).
Foram obtidas imagens com ampliações de 35x, 200x e 1000x correspondentes ao centro das
marcas de desgaste. Estas imagens permitem determinar o mecanismo de desgaste que ocorreu
tanto nos testes de micro-abrasão como nos testes de deslizamento linear alternativo.
44
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
6. Resultados e Discussão
6.1 – Testes de compressão
A realização de testes de compressão teve como objetivo a determinação da capacidade
de resistência à compressão de cada resina composta quando submetida a forças compressivas.
Uma vez que as forças que ocorrem no ambiente oral são maioritariamente de natureza
compressiva é importante estudar os materiais de restauro sob esta condição. Por outro lado, é
um teste adequado para comparar materiais frágeis, que demonstram resultados baixos quando
sujeitos a forças de tração [35].
De acordo com a norma ISO 9917, para testar a força compressiva do material são
aplicadas duas forças axiais em sentidos opostos. As amostras têm de estar sob a forma de um
provete cilíndrico onde as dimensões devem ter uma relação de 2:1 relativamente à altura e
diâmetro. Quando esta proporção é excedida pode resultar numa flexão indesejada da amostra
[36].
A curva tensão compressiva versus extensão do material é determinada da mesma forma
que nos testes convencionais de tensão sendo que o módulo de elasticidade pode ser determinado
pela razão entre a tensão e deformação na região elástica [37].
Na Figura 26 apresentam-se os gráficos obtidos após os testes de compressão efetuados
aos quatro grupos de resinas compostas em estudo.
Figura 26 - Gráficos carga (N) versus extensão (mm) obtidos após ensaio de compressão. A-Grandio®So, B- Ceram-X™, C- Clearfil™, D Natural elegance®.
45
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
Através da observação do respetivo gráfico carga versus extensão, verifica-se que o grupo C é
o material que sofre maior extensão (∼2,01 mm), assim como é o material que suporta maior
carga, ou seja, apresenta maor resistência à compressão, antes da fratura. Por outro lado o grupo
D é o grupo que apresenta menor capacidade de deformação (extensão ∼ 0,46 mm) entre os
quatro grupos de resinas compostas estudadas.
As Figuras 27 e 28 apresentam, respetivamente, os resultados obtidos para a resistência à
compressão e para o módulo de elasticidade de cada grupo de resina composta.
Figura 27- Resistência à compressão dos quatro grupos de resinas compostas em estudo. A-Grandio®So, BCeram-X™, C- Clearfil™, D - Natural elegance®.
Figura 28 - Valores para o módulo de elasticidade de cada grupo de resinas compostas. A-Grandio®So, B- CeramX™, C- Clearfil™, D - Natural elegance®.
46
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
O comportamento mecânico de um material depende em grande parte da sua resposta
(deformação elástica e plástica) à carga a que é submetido. Um valor mais elevado do módulo de
elasticidade corresponde a uma maior rigidez do material, ou seja, o material possui baixa
deformação elástica em determinada carga aplicada [38].
A quantidade de partículas de carga e o seu tamanho determinam diretamente as propriedades
físicas e mecânicas de materiais compósitos. O módulo de elasticidade longitudinal, ou módulo
de Young, é um parâmetro muito sensível para avaliar compósitos com partículas de carga. No
presente estudo, a maior percentagem volumétrica de partículas inorgânicas do grupo C (83%)
resultou numa maior resistência à compressão (Figura 27) e um menor módulo de elasticidade
(Figura 28). Por outro lado, o grupo D, sendo a resina composta com a menor percentagem
volumétrica de partículas de carga (54%), é a que apresenta maior módulo de elasticidade.
Verifica-se assim que as propriedades mecânicas das resinas compostas, e em particular o
módulo de elasticidade, são em larga medida determinadas pela presença das partículas
inorgânicas [39, 40].
Comparando os resultados apresentados na Figura 28 para os grupos A e B, constata-se que
o grupo B caracteriza-se por um menor módulo de elasticidade inferior ao grupo A, embora
possuindo menor percentagem volumétrica de partículas (56%) do que o grupo A (73%). Este
facto, parecendo contraditório, pode justificar-se pela diferença no tamanho das partículas de
carga entre os dois grupos de materiais, sendo que o grupo B possui partículas de carga com
menores dimensões do que as partículas presentes no grupo A (Tabela 1 do capítulo Materiais e
Métodos).
Outro fator importante nas propriedades mecânicas e de desgaste de materiais compostos é
a ligação entre os constituintes do reforço e a matriz. Uma boa adesão entre as partículas de
carga e a matriz promove a capacidade de transferência de tensão, protege a matriz e inibe a
propagação de fissuras, reduzindo assim o desgaste [40].
Na Tabela 6 apresentam-se os valores relativos às propriedades mecânicas dos tecidos
dentários naturais (dentina e esmalte) [38]. A partir dos resultados obtidos neste estudo, verificase que os valores médios para a resistência à compressão de todas as resinas (112 – 120 MPa)
são inferiores aos valores médios da resistência à compressão da dentina e do esmalte (295 –
384 MPa) sendo que os valores obtidos para o módulo de elasticidade (60 – 240 MPa) são
superiores aos correspondentes à dentina e ao esmalte.
47
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
Tabela 6 - Propriedades mecânicas do esmalte e dentina [38].
Material
Resistência
compressão
à
Resistência
tração (MPa)
(MPa)
à
Módulo
de
elasticidade
(MPa)
Dentina
295
51,7
18,2
Esmalte
384
10,3
82,4
6.2 – Testes de micro-abrasão
Os resultados de desgaste nos materiais compostos obtidos pelos testes de micro-abrasão
apresentam-se na Figura 29 para os grupos A, B e D.
Figura 29 – Volume de desgaste das crateras de desgaste resultantes dos testes de micro-abrasão. AGrandio®So, B- Ceram-X™, D - Natural elegance®.
Uma vez que as amostras pertencentes ao grupo C não revelaram crateras de abrasão bem
definidas, concluiu-se que o desgaste não é mensurável neste caso e por isso, o grupo C não é
apresentado na Figura 29.
Como referido anteriormente, o volume de desgaste está diretamente relacionado com a
percentagem volumétrica e tamanho das partículas de carga. Contudo estes dois parâmetros são
ambos variáveis para os quatro grupos de materiais em estudo, o que dificulta a correlação direta
entre cada um desses parâmetros e o desgaste. O grupo C é o grupo com maior percentagem
volumétrica (82%) e com partículas de vidro de bário que podem assumir a maior dispersão de
48
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
tamanhos (0,1 – 2,5 µm) sendo o grupo que sofre menos desgaste. Nestes testes verificou-se
que o desgaste sofrido por este grupo de materiais compostos é extremamente baixo não tendo
sido produzidas crateras de abrasão mensuráveis. Por outro lado, o grupo A, com 73% de
partículas de carga, demonstrou ser o material com maior desgaste na presença de abrasivo. No
entanto, devido à sua elevada percentagem de partículas de carga seria de esperar um menor
volume perdido se apenas o parâmetro percentagem volumétrica fosse considerado isoladamente
na análise. Porém, o tamanho das partículas de vidro de bário não é considerado variável neste
material composto, sendo de 1 µm, tal como no grupo B. Assim, o desgaste mais elevado por
micro-abrasão sofrido pelos grupos A e B pode ser justificado pelo maior tamanho das partículas
de vidro de bário, sendo este efeito complementado pela sua uniformidade dimensional. Com
efeito, a resistência ao desgaste depende do volume existente entre as partículas de carga e a
presença de partículas com menores dimensões contribui para reduzir os interstícios entre elas
aumentando assim a resistência ao desgaste. Relativamente ao grupo D, apesar de ser o grupo
com menor percentagem volumétrica (54%) apresenta partículas de vidro de bário que podem
assumir grande dispersão de tamanhos (0,01-0,7µm), com particular destaque para o limite
inferior do intervalo de variação dimensional. Ora, conforme já referido, este facto favorece o
preenchimento dos interstícios entre partículas, contribuindo para uma maior resistência ao
desgaste.
6.3 – Testes de Deslizamento Linear Alternativo
Na Figura 30 apresentam-se os resultados obtidos para o volume de desgaste para cada grupo
de materiais compostos.
Figura 30 - Volume de desgaste das pistas resultantes dos testes de deslizamento linear alternativo. AGrandio®So, B- Ceram-X™, C- Clearfil™, D - Natural elegance®.
49
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
Conforme se pode constatar pela análise da Figura 30, o grupo C apresenta maior
resistência ao desgaste, enquanto o grupo A se caracteriza pelo maior volume de desgaste. Assim,
os resultados dos testes de deslizamento linear alternativo são concordantes com os resultados
previamente apresentados para os testes de micro-abrasão, verificando-se ainda que a ordenação
das resinas compostas em termos de resistência ao desgaste é a mesma para ambos os tipos de
teste. Fica deste modo reforçada a importância desempenhada pela percentagem volumétrica e
tamanho das partículas de carga na determinação da resistência ao desgaste abrasivo e de
deslizamento das resinas compostas para restauro dentário direto.
Na Tabela 7 apresentam-se os valores obtidos para o coeficiente de atrito em regime
estacionário para os contactos envolvendo o deslizamento dos quatro grupos de amostras de
resinas compostas em estudo contra alumina e na presença de saliva artificial.
Tabela 7 - Valores médios do coeficiente de atrito em regime estacionário das resinas compostas durante o teste
de deslizamento linear alternativo contra alumina na presença de saliva artificial
Resina Composta
Coeficiente de atrito
Desvio padrão
A- Grandio®So
0,52
0,02
B- Ceram-X™,
0,31
0,01
C- Clearfil™
0,26
0,005
D- Natural elegance®
0,32
0,01
Como se pode verificar, a resina composta que sofreu menor desgaste (C- Clearfil™) é
também a resina que, nas condições de teste consideradas, apresenta menor valor do
coeficiente de atrito (0,26). Do mesmo modo, o material que sofreu maior desgaste (AGrandio®So) corresponde ao material composto que proporcionou o maior coeficiente de atrito
(0,52).
O atrito entre superfícies deslizantes deve-se a vários efeitos combinados de adesão e
sulcagem, sendo estes os fenómenos que determinam a componente mecânica do atrito.
Assim, quanto maior é o valor do desgaste maior poderá ser também o coeficiente de atrito uma
vez que há maior dificuldade de ocorrer deslizamento entre as superfícies devido à
intensificação da componente mecânica do atrito. Neste estudo os resultados obtidos relativos
volume de desgaste seguem uma variação concordante com os resultados de atrito.
50
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
6.4 – Microscopia eletrónica de varrimento (SEM)
A utilização de microscopia eletrónica de varrimento permitiu identificar os mecanismos
de desgaste que ocorreram nas resinas compostas sujeitas a testes de micro-abrasão e testes de
deslizamento linear alternativo. Foram efetuadas análises SEM no modo de operação em eletrões
secundários (SE) permitindo a identificação de detalhes tais como fissuras, e no modo eletrões
retrodifundidos (BSE) que permite analisar a distribuição e dimensões das partículas inorgânicas
das resinas compostas. A análise através de SEM é eficiente para observar não só os mecanismos
de desgaste, mas também características topográficas da superfície e o tamanho e distribuição
das partículas de carga [41].
Na Figura 31 podem observar-se as quatro amostras de resina composta antes de serem
submetidas a qualquer tipo de teste.
A
B
C
D
Figura 31 -Imagens SEM dos quatro grupos de resinas compostas em estudo: A-Grandio®So, B- Ceram-X™, CClearfil™, D - Natural elegance®.
Através da análise da Figura 31, é possível confirmar os valores dos tamanhos das partículas
de carga anteriormente apresentados na Tabela 1 (Materiais e métodos). Os grupos C e D
apresentam partículas de sílica de maiores dimensões que variam numa gama de 20 – 60 µm
sendo que esta gama pode ser confirmada através da Figura 31C e 31D.
51
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
O desgaste das resinas compostas pode ocorrer por diversos mecanismos: desgaste da matriz,
perda de partículas inorgânicas por falta de adesão à matriz, perda de material pelo corte de
partículas expostas, perda de material por propagação de fissuras e falha da matriz e ainda a
exposição de bolhas de ar aprisionadas [41].
Nas Figuras 32 e 33 apresentam-se fotomicrografias SEM representativas das superfícies
de desgaste das resinas compostas dos grupos A, B e D após o desgaste por teste de microabrasão. Atendendo a que no caso do grupo C não se observou desgaste mensurável, não se
apresenta micrografia da respetiva superfície de contacto.
Figura 32 - Imagem SEM da cratera de desgaste da resina composta D - Natural elegance® após teste de microabrasão. A seta indica a presença de fissuras.
A
B
Figura 33 - Imagem SEM das crateras de desgaste de resinas compostas após teste de micro-abrasão: AGrandio®So, B- Ceram-X™.
52
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
Com base na análise das micrografias das Figuras 32 e 33 é possível observar distintos
aspetos morfológicos, particularmente quando se consideram as imagens que traduzem
pormenores ampliados. Com efeito, estes pormenores evidenciam uma grande semelhança no
caso dos materiais compostos B e D onde os pormenores ampliados mostram um aspeto
granuloso em que as partículas de carga são visíveis e apresentam faces polidas paralelas à
superfície. Isso significa que se mantêm aderentes à matriz, proporcionando capacidade de
suporte de carga, e sofrendo desgaste por microabrasão promovido pelas partículas abrasivas
presentes na emulsão de pasta dentífrica apenas nas partículas mais protuberantes. Em
concordância com este aspeto morfológico comum aos materiais compostos B e D, o volume de
desgaste por micro-abrasão sofrido por estas resinas de restauro dentário é relativamente próximo
(Figura 29). Já no caso do material composto A, o volume de desgaste aproximadamente duplica,
sendo o aspeto morfológico da superfície de contacto observada em pormenor bem distinto do
reportado anteriormente, pois apresenta-se monótona, sem ser possível identificar partículas de
reforço. Este facto é revelador de uma ação abrasiva das partículas da emulsão dentífrica
uniformemente ativa por toda a área de contacto (matriz e partículas de carga) e não dominante
nas partículas de carga protuberantes como descrito nos dois casos previamente analisados, o
que se traduziu num aumento do volume de desgaste por abrasão à escala fina.
Um outro aspeto que convém referir é que embora a resina composta D, apresente uma
ligeira tendência para a fissuração na superfície de contacto após o desgaste por testes de microabrasão (Figura 32), este facto não encontra correlação com os resultados de atrito e desgaste
obtidos. Com efeito, dado que o sentido do movimento das partículas presentes na emulsão
abrasiva nunca é alterado, mantendo assim constante o sentido da força tangencial de atrito, e
tendo em consideração que a carga normal adotada foi baixo (3 N), não seria expectável que
fenómenos de fissuração assumissem significado na afetação dos resultados dos testes de microabrasão.
Os testes de micro-abrasão foram efetuados utilizando a pasta dentífrica Colgate®
Antitártaro mais branqueamento. Os abrasivos presentes nesta pasta são a sílica hidratada,
hidróxido de sódio e pirofosfato de sódio. A sílica é o componente utilizado em dentífricos com
menor abrasividade, no entanto em combinação com outros abrasivos como o pirofosfato de
sódio torna-se altamente abrasivo. A sílica tem uma resistência à compressão de 700 – 1400
MPa e um módulo de elasticidade de 73 MPa. A abrasividade de um dentífrico depende de vários
fatores tais como a dureza do abrasivo, tamanho e forma as partículas e do pH do dentífrico. As
53
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
partículas abrasivas utilizadas nas pastas dentífricas da Colgate® são arredondadas e
apresentam uma forma irregular. A distribuição destas partículas na pasta dentífrica é homogénea
sendo que o tamanho varia bastante e algumas partículas apresentam gumes agudos [41].
Na Figura 34 apresentam-se imagens SEM das pistas de desgaste das resinas compostas
resultantes dos testes de deslizamento linear alternativo.
A
B
C
D
Figura 34- Imagens SEM dos quatro grupos de resinas compostas após testes de deslizamento linear alternativo:
A-Grandio®So, B- Ceram-X™, C- Clearfil™, D - Natural elegance®.
Relativamente aos mecanismos de desgaste que se manifestaram através de testes de
deslizamento linear alternativo, é possível observar que em todos os grupos de resinas compostas
estudadas ocorre a formação de fissuras, as quais se revelam mais acentuadas na resina
composta A, que se caracterizou pela menor resistência ao desgaste, e mais suaves no caso da
resina composta C, a mais resistente ao desgaste. Uma vez que todos os testes de deslizamento
foram realizados nas mesmas condições, a diferente intensidade com que as fissuras se
formaram na pista de desgaste resultou necessariamente de diferenças na coesão entre as
partículas de carga e a matriz das resinas compostas. Assim, a remoção de material das resinas
compostas configura um mecanismo de fadiga pelo facto de evidenciar fissuras, de que resultou
uma perda progressiva de material (desgaste) determinada pela taxa de crescimento das fissuras.
Em conformidade com o crescimento de fissuras e consequente intensificação do desgaste, a
superfície de contacto do material composto tornou-se tanto mais rugosa quanto maior o desgaste
sofrido. Uma vez que sobre a superfície oponente (alumina) não foi detetada qualquer alteração
da sua topografia, a componente mecânica do atrito foi essencialmente determinada pela
54
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
rugosidade da superfície de desgaste do material composto, a qual aumentou em direta relação
com o crescimento de fissuras, ou seja do desgaste. Deste modo, justifica-se a direta relação
encontrada neste estudo entre os resultados de atrito e de desgaste que foram obtidos através
dos testes de deslizamento linear alternativo.
55
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
7. Conclusões
Relativamente aos testes de compressão, efetuados com um deslocamento de 1 mm/min
e uma carga de 25 kN, estes permitiram obter resultados relativamente à resistência de
compressão e módulo de elasticidade das resinas compostas. Através destes resultados pode
concluir-se que o grupo C é o que apresenta maior resistência à compressão e menor módulo de
elasticidade sendo por isso considerado o material com melhor desempenho nos testes de
compressão.
Os testes de micro-abrasão permitiram concluir que o grupo C é o grupo de resina
composta que não apresenta qualquer marca de desgaste quando submetida às condições de
teste impostas, uma solução abrasiva composta por pasta dentífrica e uma carga de 3 N. Todos
os restantes grupos apresentaram crateras de desgaste após serem submetidas às mesmas
condições de testes. É importante referir que o grupo A foi o grupo que sofreu maior desgaste
sendo que o seu volume de desgaste foi de 2,22 x 10-3 mm3. A observação das micrografias SEM
permitiu a identificação dos mecanismos de desgaste. Nos grupos B e D é possível observar
partículas de carga o que significam que estas se mantêm aderentes à matriz melhorando a
capacidade de resistência destas resinas ao desgaste por abrasão. Relativamente ao grupo A, não
foi possível a observação de partículas de carga o que permite concluir que o desgaste sofrido por
este grupo é uniforme em toda a área de contato.
Os resultados obtidos após a realização de testes de deslizamento linear alternativo
permitiram calcular o volume de desgaste de cada grupo de resina composta assim como
determinar o coeficiente de atrito que cada grupo gerou. Conclui-se após observação dos
resultados, que o grupo que sofreu menor desgaste, grupo C, foi também o grupo que apresentou
menor coeficiente de atrito. Por outro lado, o grupo A foi mais uma vez o grupo que apresentou
maior volume de desgaste (5,55 x 10−2 mm3 ) assim como o maior coeficiente de atrito (0,52).
Foi também efetuada a análise SEM dos quatro grupos de resinas compostas de forma a
identificar os mecanismos de desgaste. Em todos os grupos de resinas compostas estudados
verificou-se a formação de fissuras. No entanto, no grupo que sofreu maior desgaste, grupo A, as
fissuras apresentadas são mais acentuadas que nos restantes grupos de resinas compostas. Pode
então concluir-se que as resinas compostas sofreram desgaste por fadiga que ocorreu devido à
remoção das partículas de carga existentes na composição das resinas compostas.
O grupo C foi o grupo que revelou um maior potencial enquanto restauro dentário devido
ao menor volume de desgaste sofrido, tanto em testes de micro-abrasão como em testes de
56
Desgaste de Materiais Dentários de Restauro Direto
deslizamento linear alternativo. Este grupo de resinas compostas é o grupo com maior
percentagem volumétrica de partículas de carga (83%) apresentando no entanto partículas de
maiores dimensões (20 -60 x 10-3 µm) Por outro lado, o grupo A revelou ser o grupo de resinas
compostas com propriedades mecânicas mais fracas, sendo o grupo com uma percentagem
volumétrica intermédia (73%) e apresentando partículas de carga com dimensões que variam
entre 20 – 40 x 10-3 µm.
É possível concluir que as propriedades mecânicas das resinas compostas relacionam-se
com a percentagem volumétrica de partículas de carga e com o seu tamanho. As resinas com
maior percentagem volumétrica de partículas de carga e com partículas de tamanho reduzido
melhoram o seu desempenho, reduzindo o volume de desgaste e melhorando o seu
comportamento quando presentes em ambiente oral e sujeitas a diversas tensões provenientes
deste ambiente. É também importante referir que não é apenas a percentagem volumétrica e o
tamanho das partículas de carga que afetam o desgaste destas resinas. A boa adesão entre as
partículas de carga e a matriz é também um fator fundamental para determinar as propriedades
mecânicas das resinas assim como a sua resistência ao desgaste.
Devido à potencialidade das resinas compostas enquanto restauros dentários diretos
deverão surgir desenvolvimentos futuros. Para trabalho futuro recomenda-se a medição da microdureza das resinas compostas de forma a relacionar esta propriedade com a capacidade de
desgaste destes materiais. O estudo da micro-abrasão poderá ser efetuado com diferentes cargas
(superiores a 3 N) com diferentes durações de forma a compreender se o comportamento dos
materiais a diferentes cargas se mantém. Relativamente aos testes de deslizamento linear
alternativo seria interessante testar os materiais com durações de teste diferentes.
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