Fatiga Cíclica y Resistencia Torsional de Cuatro Instrumentos Recíprocos de Niti Basados en Martensita

Resumen

Objetivo: Evaluar la fatiga cíclica y la resistencia torsional de los instrumentos reciprocantes de níquel-titanio (NiTi) martensíticos Reciproc Blue R25 (VDW, Múnich, Alemania), WaveOne Gold Primary (Dentsply Maillefer, Ballaigues, Suiza), ProDesign R (Easy Equipamentos Odontológicos, Belo Horizonte, Brasil) y X1 Blue File (MK Life, Porto Alegre, Brasil).

Métodos: En cada grupo, se probaron diez instrumentos para la resistencia a la fatiga cíclica utilizando un canal artificial de acero inoxidable (ángulo de curvatura de 80° y radio de 3 mm) y diez instrumentos para la falla torsional de acuerdo con la norma ISO 3630-1. La superficie de los instrumentos fracturados se examinó mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) a una magnificación de ×250. Los resultados se compararon estadísticamente con ANOVA de una vía y pruebas post hoc de Tukey, y el error tipo alfa se estableció en 5%.

Resultados: El archivo X1 Blue y los instrumentos ProDesign R mostraron el mayor tiempo hasta la fractura en comparación con Reciproc Blue y Wave One Gold (P<0.05). Sin embargo, no se encontraron diferencias entre X1 Blue File y ProDesign R (P>0.05). Además, Reciproc Blue demostró un mayor tiempo hasta la fractura que WaveOne Gold (P<0.05). La menor resistencia torsional (1.0±0.2 N.cm) y el ángulo de rotación (412°±46) se observaron en el grupo ProDesign R (P<0.05). Los análisis SEM de las superficies fracturadas mostraron un área de iniciación de grietas y una zona de fractura rápida por sobrecarga después de la prueba de fatiga cíclica, y marcas de abrasión concéntricas con microvacíos en el centro de rotación después del experimento de falla torsional.

Conclusión: En general, el X1 Blue File y el ProDesign R mostraron una mayor resistencia a la fatiga cíclica que los instrumentos Reciproc Blue y WaveOne Gold, mientras que el ProDesign R tuvo la menor resistencia a la torsión y los valores de rotación angular hasta la fractura. El análisis SEM de todos los instrumentos demostró características de fallos típicas tanto en las pruebas de fatiga cíclica como en las de fallo por torsión.

Introducción

Las aleaciones de níquel-titanio (NiTi) suelen ser más suaves que el acero inoxidable, tienen un bajo módulo de elasticidad, pero son más resistentes y resilientes a la flexión, y muestran memoria de forma y superelasticidad. Estas dos últimas propiedades son las principales razones por las que las aleaciones de NiTi han tenido éxito en el desarrollo de instrumentos impulsados por motor para la preparación de conductos radiculares. Sin embargo, a pesar de estas ventajas mecánicas, los instrumentos de NiTi aún presentan un riesgo de fractura, especialmente durante el tratamiento de conductos radiculares curvados, lo que podría comprometer el resultado de la terapia endodóntica. De esta manera, se han propuesto varias modificaciones en su diseño, cinemática y método de fabricación (tipo de aleación) con el objetivo de mejorar las propiedades mecánicas para prevenir la fractura. Según algunos autores, el tratamiento térmico de la aleación de NiTi cambia la disposición de su estructura cristalina, mejorando su flexibilidad y resistencia a la flexión.

La aleación de NiTi convencional presenta una relación casi equiatómica de los elementos níquel (~56 wt%) y titanio (~44 wt%) y existe en dos estructuras cristalinas diferentes dependientes de la temperatura, llamadas fases austenita y martensita. En la fase austenítica, la aleación presenta una propiedad superelástica superior, mientras que en la fase martensítica tiene un mejor efecto de memoria de forma. Por lo tanto, los instrumentos basados en martensita tienen mayor flexibilidad y mayor resistencia a la fatiga cíclica que los instrumentos austeníticos del mismo diseño. Por lo tanto, se han sugerido varios tratamientos térmicos de la aleación de NiTi para producir instrumentos endodónticos con propiedades mecánicas mejoradas, incluyendo la Tecnología Azul (Dentsply Tulsa Dental Specialties, Tulsa, OK, EE. UU.), el Alambre de Memoria Controlada (CM; Coltène Whaledent, Inc., Cuyahoga Falls, OH, EE. UU.) y la Tecnología Dorada (Dentsply Tulsa Dental Specialties). Además, se afirmó que el uso de movimiento recíproco aumentaba la resistencia de los instrumentos de NiTi a la fatiga en comparación con la rotación continua. Sin embargo, a pesar de estos cambios, los instrumentos endodónticos de NiTi basados en martensita aún podrían fracturarse debido a fallos por torsión o carga de torque.

En la literatura, se han probado extensamente instrumentos reciprocantes basados en martensita como Reciproc Blue (VDW, Múnich, Alemania), WaveOne Gold (Dentsply Maillefer, Ballaigues, Suiza) y ProDesign R (Easy Equipamentos Odontológicos, Belo Horizonte, Brasil) en cuanto a sus propiedades mecánicas. Recientemente, se lanzó al mercado un nuevo instrumento reciprocante basado en martensita, llamado X1 Blue File (MK Life, Porto Alegre, Brasil). Según el fabricante, este instrumento presenta una punta inactiva (tamaño ISO 25) y una sección transversal triangular convexa. Hasta ahora, la fatiga cíclica y la resistencia torsional de los instrumentos X1 Blue File no se han probado. Por lo tanto, el propósito de este estudio fue comparar la fatiga cíclica y la resistencia torsional del X1 Blue File con los instrumentos reciprocantes ProDesign R, Reciproc Blue y WaveOne Gold.

Materiales y métodos

Se seleccionaron ochenta nuevos instrumentos de 25 mm de longitud de cuatro sistemas reciprocantes de NiTi (n=20) para pruebas de fatiga cíclica y fallo torsional: Reciproc Blue R25 (n=20; tamaño 25 en la punta y un conicidad de 0.08 mientras que después de los primeros 3 mm la conicidad era regresiva) (lote #37631), WaveOne Gold Primary (n=20; tamaño 25 en la punta y un conicidad de 0.07 mientras que después de los primeros 3 mm la conicidad era regresiva) (lote #1226916), ProDesign R (n=20; tamaño 25 en la punta y una conicidad constante de 0.06) (lote #170096), y X1 Blue File (n=20; tamaño 25 en la punta y una conicidad constante de 0.06) (lote #20171010). En cada grupo, se probaron diez instrumentos para fatiga cíclica dinámica y 10 instrumentos para resistencia torsional. Todos los instrumentos fueron examinados previamente en busca de defectos visibles o deformidades a ×20 aumentos bajo un estereomicroscopio (OPTZS; Opticam, Sao Paulo, Brasil). No se detectaron defectos, y los instrumentos seleccionados fueron sometidos a las pruebas.

Prueba de fatiga cíclica

La prueba de fatiga cíclica se realizó utilizando un dispositivo personalizado de acero inoxidable que permitió una simulación reproducible de un instrumento confinado en un canal curvado con un ángulo y un radio de curvatura de 80° y 3 mm, respectivamente, ubicado a 4 mm de su punta (punta #30, con un cono de 0.08). Esta no es la punta y el cono idénticos, pero está cerca del tamaño y el cono de todos los instrumentos. Como el canal artificial no era idéntico a la punta y el cono de los instrumentos, no se aplicó resistencia torsional en el instrumento. Todas las pruebas se llevaron a cabo en solución salina a 37°C y los instrumentos (n=10 por grupo) se operaron de manera dinámica utilizando un micromotor de reducción 6:1 (Sirona Dental Systems GmbH, Bensheim, Alemania) alimentado por un motor controlado por torque (VDW Silver; VDW), de acuerdo con las recomendaciones del fabricante. El micromotor eléctrico se montó en un dispositivo que permite la colocación precisa y reproducible de cada instrumento en el canal artificial hecho a medida. La amplitud del movimiento axial fue de 3 mm y la velocidad del movimiento se estableció en 1 ciclo (movimiento completo desde el punto más alto hasta el más bajo) durante 2 segundos. El tiempo hasta la fractura se registró en segundos con un cronómetro digital y se detuvo cuando se detectó visual y/o auditivamente la fractura del archivo.

Prueba de torsión

La carga de torsión se aplicó hasta la fractura para estimar la resistencia torsional última media y el ángulo de rotación de los instrumentos probados (n=10 por grupo) utilizando un dispositivo hecho a medida producido de acuerdo con la norma ISO 3630-1. La prueba se realizó a 37°C para simular condiciones clínicas y cada instrumento se presionó a 3 mm de la punta utilizando un mandril conectado a una celda de carga con sensor de torque. El eje del instrumento se fijó en un mandril opuesto capaz de ser rotado con un motor con engranaje. Los instrumentos se rotaron en la dirección contraria a las agujas del reloj a una velocidad de 2 rpm hasta la fractura del instrumento. La carga de torque (N.cm) y la rotación angular (°) se registraron utilizando un torsiómetro (ODEME; Luzerna, SC, Brasil) y la resistencia torsional última y el ángulo de rotación en la falla fueron proporcionados por un software computarizado diseñado específicamente (ODEME Analysis TT; ODEME).

Microscopía electrónica de barrido

Se utilizó un microscopio electrónico de barrido (SEM; JSM 5800; JEOL, Tokio, Japón) para evaluar las características topográficas de las superficies de fractura de todos los instrumentos después de las pruebas cíclicas y de torsión a ×250 aumentos.

Análisis estadístico

El análisis de datos reveló una distribución en forma de campana (prueba de Shapiro-Wilk; P>0.05) y se realizó un análisis estadístico entre grupos utilizando ANOVA de una vía y pruebas post hoc de Tukey con un error tipo alfa establecido en 5% (Biostat; Instituto Mamirauá, Tefé, Brasil).

Resultados

Las medias y desviaciones estándar del tiempo hasta la fractura (resistencia a la fatiga cíclica), el par de carga máxima y la rotación angular hasta la fractura se muestran en la Tabla 1. No se observó diferencia estadística entre el tiempo hasta la fractura del archivo azul X1 (417±36 s) y el archivo azul X1 (417±36 s) y los instrumentos ProDesign R (397±41 s) mostraron un tiempo hasta la fractura mayor que Reciproc Blue (274±42 s) y Wave One Gold (193±17 s) (P<0.05). Sin embargo, no se encontraron diferencias entre el archivo azul X1 y ProDesign R (P>0.05). Además, Reciproc Blue demostró un tiempo hasta la fractura mayor que WaveOne Gold (P<0.05). La menor resistencia torsional (1.0±0.2 N.cm) y el ángulo de rotación (412º±46) se observaron en el grupo ProDesign R (P<0.05). Los análisis de SEM de las superficies fracturadas mostraron un área de iniciación de grietas y una zona de fractura rápida por sobrecarga después de la prueba de fatiga cíclica (Fig. 1), y marcas de abrasión concéntricas con microvacíos en el centro de rotación después del experimento de falla torsional (Fig. 2).

Discusión

La separación de instrumentos ha sido reportada repetidamente por varios autores desde la llegada de la preparación mecánica con instrumentos de aleación de NiTi en endodoncia y se explica en base a la torsión excesiva y la fatiga cíclica. La fractura por fatiga cíclica ocurre como resultado de los ciclos de tensión compresión alternantes a los que se someten los instrumentos cuando se flexionan en la región de máxima curvatura del canal, mientras que el estrés torsional se produce cuando las tensiones de corte superan el límite elástico del metal, causando deformación plástica y fractura. El presente estudio fue diseñado para comparar la fatiga cíclica y la resistencia torsional de 4 nuevos instrumentos reciprocantes martensíticos de NiTi llamados Reciproc Blue, WaveOne Gold, ProDesign R y el X1 Blue File.

En general, los resultados mostraron que los instrumentos X1 Blue File y ProDesign R mostraron un mayor tiempo hasta la fractura que los instrumentos Reciproc Blue y WaveOne Gold (Tabla 1). Una vida útil de fatiga cíclica más larga de los instrumentos de NiTi depende de muchos factores, incluyendo su diámetro, masa metálica del núcleo, flexibilidad, diseño de sección transversal y tipo de aleación de NiTi. Se encontró que los instrumentos de gran conicidad utilizados en canales curvados pueden fracturarse después de solo unas pocas rotaciones. La conicidad variable y el gran área de sección transversal de Reciproc Blue y WaveOne Gold en comparación con los instrumentos ProDesign R y X1 Blue File, asociados con la posición del segmento curvado de los canales artificiales utilizados en este estudio (4 mm desde la punta), pueden explicar sus valores más bajos en la prueba de fatiga cíclica. Además, también es posible que las diferencias en el tratamiento térmico de la aleación de NiTi en cada sistema hayan influido en el resultado final. De hecho, una publicación reciente demostró que Reciproc Blue tenía una resistencia a la fatiga cíclica significativamente mayor que WaveOne Gold y los instrumentos Reciproc de M-Wire, lo cual está de acuerdo con los resultados presentes. Aparte de las diferencias en su tratamiento térmico y considerando que los instrumentos de NiTi con una gran masa de núcleo metálico presentan una disminución en su vida útil de fatiga cíclica con grietas que se inician principalmente en su borde principal, la mayor sección transversal y el mayor número de bordes de ataque del instrumento WaveOne Gold podrían explicar su menor tiempo hasta la fractura en comparación con Reciproc Blue. El análisis SEM de los instrumentos mostró apariencias fractográficas dúctiles similares de fracturas por fatiga cíclica con microvacíos. También se observaron áreas de iniciación de grietas y zonas de fracturas rápidas por sobrecarga sin diferencias morfológicas en las superficies de fractura de todos los instrumentos evaluados (Fig. 1).

Hoy en día, aunque no se ha alcanzado ninguna especificación, norma internacional o consenso respecto al uso de canales artificiales hechos a medida para evaluar la propiedad de resistencia cíclica de los instrumentos de NiTi, este método ha sido validado previamente y se ha utilizado ampliamente en estudios de laboratorio porque permite la estandarización de las condiciones experimentales, aumentando su validez interna. En el presente estudio, se hicieron esfuerzos para que las dimensiones del canal artificial fueran similares a la punta y el cono de los instrumentos probados, dándole una trayectoria precisa, como se informó anteriormente. Además, en el estudio actual, se utilizó un modelo dinámico con el objetivo de simular mejor el uso clínico de los sistemas de NiTi. En comparación con los modelos estáticos, en una prueba dinámica, el tiempo hasta la fractura aumenta a medida que el estrés aplicado al instrumento se distribuye a lo largo del vástago bajo movimientos de vaivén. Finalmente, se realizaron pruebas con el canal artificial sumergido en solución salina a 37°C, considerando que este procedimiento metodológico estaba asociado con resultados más confiables, ya que la temperatura corporal parece disminuir la vida útil por fatiga cíclica de los instrumentos de NiTi.

La prueba de fatiga torsional mostró que la resistencia torsional máxima (1.0±0.2 N.cm) y la rotación angular hasta la fractura (412°±46) del instrumento ProDesign R eran significativamente más bajas que las de los otros sistemas (Tabla 1). Estos resultados sugieren que ProDesign R requiere un bajo par para fracturarse por torsión, lo que significa una alta probabilidad de interrupción si la punta del instrumento se atasca dentro del espacio del conducto radicular. Esto podría explicarse por su pequeño ángulo de conicidad (0.06), forma de sección transversal (en forma de S) y la alta flexibilidad de su aleación CM NiTi. Por otro lado, la mayor distorsión angular de los instrumentos Reciproc Blue y X1 Blue File (Tabla 1) podría ser una ventaja en clínicas porque la deformación plástica podría predecir una fractura inminente, indicando el momento de descartar el instrumento. El análisis SEM de los instrumentos sometidos a la prueba de resistencia torsional demostró características típicas de fractura torsional, es decir, marcas de abrasión concéntricas y hoyuelos fibrosos desde el centro torsional (Fig. 2).

Conclusión

En general, el archivo X1 Blue y el ProDesign R mostraron una mayor resistencia a la fatiga cíclica que los instrumentos Reciproc Blue y WaveOne Gold, mientras que el ProDesign R tuvo la menor resistencia torsional y los valores de rotación angular hasta la fractura. El análisis SEM de las superficies fracturadas mostró un área de iniciación de grietas y una zona de fractura rápida por sobrecarga después de la prueba de fatiga cíclica, y marcas de abrasión concéntricas con microvacíos en el centro de rotación después del experimento de fallo torsional.

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

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