Pruebas Mecánicas, Caracterización Metalúrgica y Capacidad de Conformación de Instrumentos Rotatorios de Níquel-Titanio: Una Investigación Multimétodo

Resumen

Introducción: Este estudio tuvo como objetivo comparar las propiedades mecánicas y metalúrgicas y la capacidad de conformación de diferentes sistemas rotatorios utilizando un enfoque multimétodo.

Métodos: Se probaron nuevos instrumentos rotatorios NeoNiti A1 (Neolix SAS, Châtres-La-Forêt, Francia), HyFlex EDM One File (Coltène/ Whaledent, Altstätten, Suiza), ProTaper Gold F2 (Dentsply Maillefer, Ballaigues, Suiza) y ProTaper Universal F2 (Dentsply Maillefer) en relación con la fatiga cíclica, la resistencia torsional, el diseño y las características morfológicas utilizando microscopía electrónica de barrido, caracterización de aleaciones metálicas mediante calorimetría diferencial de barrido y espectroscopía de rayos X por dispersión de energía. Además, se evaluó su capacidad de conformación en la preparación de 48 canales de molares maxilares utilizando tecnología de microtomografía computarizada. Los análisis mecánicos y metalúrgicos se compararon utilizando análisis de varianza con pruebas post hoc de Tukey, mientras que se utilizó la prueba t de Student independiente para comparar la capacidad de conformación de los sistemas ProTaper o de los instrumentos tratados termomecánicamente. El nivel de significancia se estableció en el 5%.

Resultados: La mayor fatiga cíclica se observó con los instrumentos NeoNiti y HyFlex EDM (P > .05), mientras que HyFlex EDM tuvo la mayor rotación angular hasta la fractura (P < .05). Los análisis de microscopía electrónica de barrido/espectroscopia de rayos X por dispersión de energía confirmaron similitudes en el diseño de los instrumentos y una composición casi equiatómica de los sistemas. La calorimetría diferencial de barrido mostró que ProTaper Gold tenía temperaturas de transformación más altas que ProTaper Universal, mientras que se observó una transformación similar entre NeoNiti y HyFlex. El análisis de tomografía computarizada micro–computacional reveló que, a pesar de que ninguno de los sistemas pudo preparar todas las paredes del conducto radicular, no se observaron diferencias estadísticas en ninguno de los sistemas ProTaper (P > .05) ni en los instrumentos tratados termomecánicamente (P > .05).

Conclusiones: Aparte de las diferencias en las pruebas mecánicas y la caracterización metalúrgica, los sistemas con dimensiones de instrumentos y protocolos de preparación comparables mostraron un porcentaje similar de áreas de superficie no tocadas en la preparación del conducto radicular de molares maxilares. (J Endod 2020;46:1485–1494.)

La introducción de instrumentos rotatorios de níquel-titanio (NiTi) en la práctica endodóntica ha traído muchas ventajas en comparación con los instrumentos de acero inoxidable, incluyendo una mejor eficiencia de corte, un tiempo de preparación más rápido y una mejor capacidad de centrado del canal. Sin embargo, su uso presenta el riesgo de fractura por estrés torsional o fatiga cíclica, lo que podría contribuir negativamente al resultado del tratamiento de conducto. Por lo tanto, se han propuesto varios métodos para mejorar las propiedades mecánicas de los instrumentos de NiTi, incluyendo cambios no solo en su diseño de sección transversal y cinemática, sino también en el tratamiento térmico de la aleación de NiTi. Durante el tratamiento térmico, el instrumento de NiTi pasa por un complejo tratamiento de calentamiento-enfriamiento que permite el control de las temperaturas de transición, creando una aleación con memoria de forma.

ProTaper Gold (Dentsply Maillefer, Ballaigues, Suiza) es un sistema rotatorio de NiTi que presenta el mismo diseño geométrico que ProTaper Universal (Dentsply Maillefer) pero, debido a su tratamiento de aleación patentado, es más flexible y más resistente a la fatiga. Por otro lado, la alta tenacidad y el comportamiento superelástico único de la aleación de NiTi han hecho que sus características de mecanizado sean bastante complicadas. Por lo tanto, se desarrolló una tecnología de fabricación especial conocida como máquina de descarga eléctrica (EDM). Consiste en chispas producidas por descargas eléctricas de alta energía y alta frecuencia entre la pieza de trabajo de metal y un electrodo que lleva a la fusión y evaporación del material de la pieza de trabajo localmente, resultando en el producto terminado de la geometría deseada, que se puede utilizar para producir instrumentos de NiTi con bordes de corte afilados, propiedades abrasivas incorporadas, perfiles cambiantes variables y alta flexibilidad. Los instrumentos HyFlex EDM (Coltène/Whaledent, Altstätten, Suiza) y NeoNiti (Neolix SAS, Châtres-La-Forêt, Francia) son ejemplos de sistemas rotatorios de NiTi producidos con este tipo de tecnología. En estudios previos, estos instrumentos mostraron una mayor resistencia a la fatiga cíclica en comparación con otros producidos con aleaciones de NiTi convencionales u otras martensíticas.

Las propiedades mecánicas de los instrumentos rotatorios de NiTi se han evaluado a menudo en estudios científicos para clasificar diferentes sistemas en cuanto a su seguridad o rendimiento. A pesar de que los parámetros probados en estos estudios pueden ser útiles para entender su flexibilidad y resistencia torsional, la relevancia clínica de estas pruebas mecánicas aisladas se ha considerado baja porque el uso clínico puede verse afectado por varios otros factores. En consecuencia, un enfoque multimétodo que combine los resultados de diferentes pruebas mecánicas y la capacidad de conformación de diferentes sistemas de NiTi sería beneficioso para una mejor interpretación de su rendimiento y, por lo tanto, una traducción más precisa de los hallazgos preclínicos para guiar el uso clínico.

Por lo tanto, el presente estudio tuvo como objetivo comparar los sistemas rotatorios NeoNiti (Neolix SAS, Châtres-La-Forêt, Francia), HyFlex EDM (Coltène/Whaledent, Altstätten, Suiza), ProTaper Gold y ProTaper Universal en cuanto a su fatiga cíclica y resistencia torsional, diseño de fabricación, características metalúrgicas y capacidad de conformación. Las hipótesis nulas a probar eran que no había diferencias entre los sistemas probados en cuanto a su rendimiento mecánico, caracterización metalúrgica y capacidad de conformación.

Materiales y Métodos

Pruebas Mecánicas

Se probaron instrumentos rotatorios New NeoNiti A1 (tamaño 25, 0.08 de conicidad en los primeros 4 mm; Neolix SAS), HyFlex EDM One File (tamaño 25, 0.08 de conicidad en los primeros 4 mm; Coltène/Whaledent), ProTaper Gold F2 (tamaño 25, 0.08 de conicidad en los primeros 3 mm; Dentsply Maillefer) y ProTaper Universal F2 (tamaño 25, 0.08 de conicidad en los primeros 3 mm; Dentsply Maillefer) en relación a la fatiga cíclica y resistencia torsional. Antes de las pruebas, los instrumentos fueron examinados en busca de deformidades bajo un estereomicroscopio a 20X de magnificación (Stemi 2000-C; Carl Zeiss, Jena, Alemania), y no se descartó ningún instrumento. Basándose en datos de estudios previos, se realizó un cálculo de potencia (G*Power 3.1; Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Düsseldorf, Alemania) que indicó que el tamaño de la muestra para cada grupo debería ser un mínimo de 10 instrumentos para ambas pruebas.

Fatiga Cíclica

La prueba de fatiga cíclica se realizó utilizando un dispositivo hecho a medida que permitía una simulación reproducible de un instrumento confinado en un canal curvado. El canal artificial se creó en un tubo de acero inoxidable de 19 mm sin conicidad. Este tubo tenía 3 segmentos. El primero era recto y tenía 7 mm de longitud. El segundo era curvado (longitud de 9 mm, radio de 6 mm y curvatura de 86°) con la posición de máxima tensión en el medio de su longitud. El último era un segmento recto de 3 mm. Las paredes de acero tenían un grosor de 1.3 mm con un diámetro interno de 1.4 mm. El bloque que contenía el canal artificial estaba conectado a un marco principal al que se le adjuntó un soporte móvil para la pieza de mano que permitía una colocación precisa y reproducible de los instrumentos a la misma profundidad dentro del canal simulado. Los instrumentos de cada sistema probado (n = 10 por grupo) fueron activados con una pieza de mano de reducción 6:1 (Sirona Dental Systems GmbH, Bensheim, Alemania) alimentada por un motor controlado por torque (VDW Silver; VDW GmbH, Múnich, Alemania) con una rotación continua en el sentido de las agujas del reloj a 250 rpm y un torque de 1.5-N.cm. Todos los instrumentos fueron probados continuamente utilizando un lubricante a temperatura ambiente hasta que ocurrió la ruptura. 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. El número de ciclos hasta el fallo (NCF) de cada archivo se calculó a 250 rpm utilizando la siguiente fórmula: NCF 5 revoluciones por minuto (rpm) X tiempo (segundos)/60. El tamaño de los segmentos fracturados se registró solo para el control experimental.

Resistencia Torsional

La carga torsional 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 ISO 3630-1. Cada instrumento se sujetó a una distancia de 3 mm de la punta utilizando un mandril conectado a una celda de carga con sensor de torque. Luego, el eje del instrumento se fijó en un mandril opuesto capaz de ser rotado con un motor paso a paso. Todos los instrumentos se rotaron en la dirección de las agujas del reloj a una velocidad de 2 rpm hasta que ocurrió la fractura. La carga torsional (N.cm) y la rotación angular (°) se registraron continuamente utilizando un torsiometro (ODEME, Luzerna, SC, Brasil), y la resistencia torsional última y el ángulo de rotación en el fallo fueron proporcionados por un software computarizado diseñado específicamente (ODEME Analysis TT, ODEME).

Caracterización Metalúrgica

Microscopía Electrónica de Barrido

Se utilizó un microscopio electrónico de barrido (JSM 5800; JEOL, Tokio, Japón) para evaluar nuevos instrumentos de cada sistema probado en cuanto a su punta, borde de corte, canal y diseño intermedio y transversal a una magnificación de X100, mientras que las características topográficas de las superficies de fractura de todos los instrumentos se evaluaron después de pruebas cíclicas y torsionales a magnificaciones de X250 y X1000.

Espectroscopía de Dispersión de Energía Se evaluaron tres instrumentos completamente nuevos de cada sistema probado en relación con el análisis espectroscópico de dispersión de energía (EDS) utilizando un microscopio electrónico de barrido (Hitachi S-2400; Hitachi High-Tech Corporation, Tokio, Japón) equipado con un espectrómetro de rayos X de dispersión de energía con un detector de elementos ligeros (Bruker Quantax; Bruker Corporation, Billerica, MA), conectado a una computadora de escritorio Dell Precision T3500 (Dell Inc, Round Rock, TX). Los parámetros operativos incluyeron un voltaje de aceleración de 20 kW y una corriente de filamento de 3.1 A a una distancia de trabajo de 25 mm. La toma de muestras consistió en un área de 400 X 400 mm de los instrumentos, y las adquisiciones se realizaron con un tiempo de vida de 60 segundos con aproximadamente un 30% de tiempo muerto. Los datos se evaluaron utilizando el software Sigma Scan (Systat Software Inc, San José, CA), y las proporciones de níquel y titanio se obtuvieron mediante un espectro típico producido por el software.

Calorimetría Diferencial de Barrido El análisis de calorimetría diferencial de barrido (DSC) siguió las recomendaciones de la Sociedad Americana de Pruebas y Materiales. Un fragmento de 5 mm que pesaba entre 15 y 20 mg de la porción activa coronaria de cada instrumento probado se sometió a un baño de grabado químico con ácido fluorhídrico seguido de ácido nítrico y finalizando con agua destilada durante aproximadamente 2 minutos. Las muestras se pesaron (M-Power Microbalance; Sartorius, Göttingen, Alemania) y se colocaron en una bandeja de aluminio. Una bandeja de aluminio vacía sirvió como control. La prueba se realizó en un calorímetro diferencial de barrido (DSC 204 F1 Phoenix; Netzsch-Gerätebau GmbH, Selb, Alemania) conectado a una computadora de escritorio Asus (Asus, Taipéi, Taiwán) desde donde se accedió al software de Análisis Térmico Netzsch Proteus (Netzsch-Gerätebau GmbH) y se extrajeron gráficos de DSC. Estos gráficos permitieron el análisis visual de las temperaturas de inicio de austenita, finalización de austenita, inicio de martensita y finalización de martensita.

La duración de cada prueba de ciclo térmico fue de aproximadamente 1 hora y 40 minutos. Comenzó con una estabilización a temperatura ambiente durante 5 minutos, seguida de un calentamiento hasta 150°C a un ritmo de 10°C por minuto. En el nivel máximo de temperatura, se realizó un plateau de estabilización durante 2 minutos y luego se inició un ciclo de enfriamiento, que disminuyó hasta -150°C a un ritmo de 10°C por minuto, seguido de un plateau de estabilización de 5 minutos. Se indujo una nueva fase de calentamiento hasta 150°C a un ritmo de 10°C una vez más, seguida nuevamente de un plateau de estabilización de 2 minutos. Al final, la temperatura disminuyó a temperatura ambiente, y se realizó un último plateau de estabilización de 2 minutos. Se realizaron dos pruebas en 2 instrumentos diferentes del mismo sistema. La segunda prueba tenía la intención de confirmar el resultado de la primera. Se realizó una tercera prueba si las fases de transformación de las 2 pruebas anteriores no eran concordantes en más de 10°C.

Capacidad de Moldeo

Selección de Especímenes y Grupos

Se seleccionó una prueba de muestras independientes a priori de la familia de pruebas t (G*Power 3.1 para Macintosh; Heinrich-Heine-Universität-Du€sseldorf). El tamaño del efecto (0.91) se determinó utilizando datos de De-Deus et al en los que se evaluó la capacidad de conformación. Se utilizaron otros parámetros de la siguiente manera: un error tipo alfa de 0.05 y una potencia beta de 0.95. Se indicaron dieciséis conductos radiculares (n= 8 por grupo) como el tamaño de muestra necesario para observar diferencias significativas entre un par de grupos. Se utilizaron doce conductos radiculares por grupo para prevenir posibles pérdidas durante los procedimientos experimentales.

Se seleccionaron dieciséis primeros molares maxilares humanos de tres raíces con ápices completamente formados y un solo conducto radicular en cada raíz (48 conductos radiculares) de un grupo de dientes extraídos y se obtuvieron imágenes a un tamaño de píxel de 19 mm utilizando un dispositivo de tomografía computarizada micro (micro-CT) (SkyScan 1174v.2; Bruker microCT, Kontich, Bélgica). Los parámetros del escáner se establecieron en 50 kV, 800 mA, rotación de 180° alrededor del eje vertical y un paso de rotación de 0.6° utilizando un filtro de aluminio de 1 mm de grosor. Las imágenes de proyección se reconstruyeron en cortes transversales utilizando el software NRecon v.1.6.9 (Bruker-microCT) con una corrección de endurecimiento del haz del 15%, suavizado de 3, corrección de artefactos de anillo de 3 y un coeficiente de atenuación que varía de 0.01 a 0.15.

Se generaron modelos tridimensionales preoperatorios de la raíz y los conductos radiculares (CTVol v.2.2.1, Bruker-microCT) y se evaluaron cualitativamente en cuanto a la configuración de los conductos radiculares. Luego, se calcularon los parámetros 3D de los conductos radiculares (longitud, volumen, área de superficie e índice de modelo de estructura) desde el nivel de la unión cemento-esmalte hasta el ápice utilizando el software CTAn v.1.14.4 (Bruker-microCT). Con el fin de mejorar la validez interna del experimento, se emparejaron los especímenes seleccionados para crear 2 conjuntos de 8 dientes (n = 24 conductos) basados en los aspectos morfológicos de los conductos radiculares. Luego, a cada conjunto de dientes se le asignó a uno de los grupos ProTaper (ProTaper Universal y ProTaper Gold) o tratados termomecánicamente (NeoNiti y HyFlex EDM) y se subdividieron aleatoriamente en 2 subgrupos experimentales (n = 12 conductos) de acuerdo con los sistemas de preparación. Los parámetros morfométricos 3D analizados de los conductos radiculares en cada conjunto de dientes se distribuyeron normalmente (prueba de Shapiro-Wilk) y fueron homocedásticos (prueba de Levene), y el grado de homogeneidad (línea base) de los subgrupos fue confirmado estadísticamente (P > .05, prueba t de muestras independientes).

Preparación del Conducto Radicular

Se prepararon cavidades de acceso convencionales, se accedió a los conductos y se confirmó la permeabilidad con un K-file de tamaño 10 (Dentsply Maillefer). Cuando la punta del instrumento era visible a través del foramen principal, se restaron 0.5 mm para determinar la longitud de trabajo (LW). Luego, se logró un camino de deslizamiento hasta la LW con un K-file de tamaño 15 (Dentsply Maillefer). Todos los instrumentos se llevaron a la LW en una rotación continua en sentido horario generada por un micromotor de ángulo 6:1 (Sirona Dental Systems GmbH) alimentado por un motor eléctrico (VDW Silver Motor, VDW GmbH) de acuerdo con las instrucciones de los fabricantes. Durante los procedimientos de preparación, después de 3 movimientos suaves de entrada y salida en dirección apical, se retiró el instrumento del conducto y se limpió. Esto se repitió hasta alcanzar la LW, y luego se desechó el instrumento. En el grupo NeoNiti (n = 12), los conductos se ampliaron hasta la LW utilizando instrumentos de tamaños 20/.06 y 25/.08v (A1) en los conductos bucales, mientras que el conducto palatino se amplió hasta un tamaño 40/.04. En el grupo HyFlex EDM (n = 12), los conductos bucales se prepararon con instrumentos de tamaños 20/.05 y 25/.08v (One File) hasta la LW, mientras que el conducto palatino se amplió hasta un tamaño 40/.04. La secuencia de instrumentos en los grupos ProTaper Gold (n = 12) y ProTaper Universal (n = 12) fue S1, S2, F1 y F2 (25/.08v) hasta la LW en los conductos bucales, mientras que el conducto palatino se amplió adicionalmente con el instrumento F4 (40/.06v). Después de cada paso, los conductos se irrigaron con 5 mL de hipoclorito de sodio al 2.5% utilizando una jeringa desechable equipada con una aguja NaviTip de 30-G (Ultradent, South Jordan, UT) colocada a 1 mm de la LW. Un enjuague final con 5 mL de EDTA al 17% fue seguido por un enjuague de 5 mL con agua destilada. Luego, los conductos se secaron con puntos de papel (Dentsply Maillefer), se obtuvieron imágenes con un sistema de micro-CT y se reconstruyeron utilizando los mismos parámetros mencionados anteriormente. Se utilizó un conjunto de instrumentos para preparar 3 conductos, y todos los procedimientos de preparación fueron realizados por un operador capacitado.

Evaluación de Micro-CT

Se generaron modelos pre y postoperatorios de los canales (CTAn v.1.14.4) y se coregistraron con sus respectivos conjuntos de datos preoperatorios utilizando el módulo de registro rígido del software 3D Slicer 4.3.1 (disponible en http://www.slicer.org). Se realizó una comparación cualitativa entre grupos utilizando el software CTVol v.2.2.1 con modelos codificados por colores de los canales radiculares emparejados (los colores amarillo y púrpura indican las superficies de los canales pre y postoperatorios, respectivamente). También se evaluaron parámetros 3D postoperatorios (CTAn v.1.14.4). Los modelos de superficie registrados espacialmente de las raíces se compararon en cuanto al área no preparada de las paredes del conducto radicular, que se calculó utilizando las distancias entre la superficie de los conductos radiculares antes y después de la preparación determinadas en cada punto de la superficie. Luego, se determinó el porcentaje del área de superficie no preparada restante utilizando la fórmula (A_u/A_b)*100, donde A_u representa el área del canal no preparado y A_b el área del conducto radicular antes de la preparación. Se realizaron comparaciones específicas entre sistemas de preparación similares en términos de dimensiones y la secuencia de los instrumentos (NeoNiti X HyFlex EDM y ProTaper Gold X ProTaper Universal). Un examinador cegado a los protocolos de preparación realizó todos los análisis.

Análisis Estadístico

Se utilizaron las pruebas de Shapiro-Wilk y Levene para evaluar la suposición de normalidad y la igualdad de varianza de los conjuntos de datos.

Considerando que los resultados estaban distribuidos normalmente (P > .05), se presentaron como la media, desviación estándar y rango de intervalo. Para los análisis de caracterización mecánica y metalúrgica, los resultados se compararon estadísticamente entre grupos utilizando análisis de varianza y pruebas post hoc de Tukey. Para la capacidad de conformación, se compararon NeoNiti X HyFlex EDM y ProTaper Gold X ProTaper Universal utilizando la prueba t  de Student independiente. El nivel de significancia se estableció en 5% (SPSS v18.0 para Windows; SPSS Inc., Chicago, IL).

Resultados

Pruebas Mecánicas

Los resultados del NCF, rotación angular hasta la fractura (°) y el torque requerido para fractura (N.cm) se presentan en Tabla 1. Los valores más altos de NCF se observaron con los instrumentos NeoNiti A1 (1042 ± 184) y HyFlex EDM One File (999 ± 208) (P > .05), mientras que ProTaper Universal F2 mostró los valores más bajos de NCF (160 ± 38) (P < .05). HyFlex EDM One File tuvo una mayor rotación angular hasta la fractura en comparación con los otros instrumentos (P < .05), mientras que ProTaper Universal F2 mostró la menor rotación angular hasta la fractura (P < .05). ProTaper Universal F2 también requirió los valores de torque más altos para fracturarse entre los instrumentos probados (P < .05).

Caracterización Metalúrgica En general, la apariencia de la calidad de la superficie de NeoNiti A1 y HyFlex EDM One File fue similar. Estos instrumentos mostraron una superficie isotrópica caracterizada por un cráter distribuidor regular que a menudo se observa en materiales que han sido sometidos al proceso de mecanizado por descarga eléctrica. Solo se pudieron observar un pequeño número de defectos, como las espinas en el borde de corte. HyFlex EDM One File mostró una sección transversal trapezoidal, mientras que se observó una sección transversal rectangular en el instrumento NeoNiti A1. Además, el instrumento NeoNiti mostró un ligero redondeo en el ángulo de transición de la punta, mientras que HyFlex EDM tenía una característica de punta más activa (Fig. 1A y B).

En cuanto a los sistemas ProTaper, se observó una superficie lisa que demostraba una buena calidad de acabado en general, con solo un pequeño número de defectos/porosidades detectados en los bordes de corte y las flautas. El tratamiento térmico de los instrumentos ProTaper Gold resultó en una superficie de acabado lisa y mejorada. Tanto los instrumentos ProTaper Universal como ProTaper Gold tenían una sección transversal triangular convexa y un ligero ángulo de transición de punta redondeada (Fig. 1C y D).

La microscopía electrónica de barrido de las superficies de fractura de los instrumentos mostró características similares y típicas de fatiga cíclica y fallo torsional (Fig. 2). Para ambas pruebas, las superficies de fractura presentaron características del tipo dúctil. Sin embargo, las diferencias en los mecanismos de fractura llevaron a aspectos superficiales disímiles. Aunque los microvacíos estaban distribuidos por toda la superficie de los instrumentos sometidos a la prueba de fatiga cíclica (Fig. 2A–H), las superficies de fractura mostraron 2 zonas después del experimento de resistencia torsional: la primera con microvacíos ubicados en el centro de los instrumentos (núcleo) y la segunda representada por una deformación plástica alrededor de los microvacíos (Fig. 2I–P) debido a las tensiones de corte originadas durante el torsionamiento. Los análisis de EDS y DSC revelaron una composición equiatómica similar de los elementos de titanio y níquel para todos los sistemas probados (Tabla 2) y características de transformación similares de los instrumentos NeoNiti y HyFlex EDM (Fig. 3A), respectivamente. Por otro lado, ProTaper Gold mostró temperaturas de transformación más altas y picos de transformación mucho más agudos y bien definidos que ProTaper Universal en la prueba de DSC (Fig. 3B).

Capacidad de Conformación

No se observaron diferencias estadísticas en cuanto a todos los parámetros 3D probados, antes o después de la preparación, al comparar la capacidad de conformación de los sistemas ProTaper (ProTaper Universal y ProTaper Gold) o tratados termomecánicamente (NeoNiti y HyFlex EDM) (Tabla 3) (P > .05). Ninguno de los protocolos de preparación fue capaz de preparar todas las paredes del conducto radicular (Fig. 4) con un porcentaje de área de superficie no preparada que varió del 11.1% (NeoNiti) al 27.1% (ProTaper Gold) (Tabla 3).

Discusión

Recientemente, se cuestionó el valor científico de los estudios sobre la resistencia a la fatiga de los instrumentos rotatorios y reciprocantes. Se destacó que los resultados de estos estudios eran inútiles para los lectores que buscaban un sistema de preparación específico de NiTi, considerando que la gran variabilidad de los protocolos probados dificultaría y complicaría la comparación entre estudios. También se señaló que este tipo de investigación no se asemeja a la realidad porque la rotación pura dentro de un canal artificial sin ningún par en el instrumento, como en las pruebas de fatiga cíclica, era poco probable que ocurriera en un escenario clínico. Aunque estas afirmaciones son ciertas, es importante enfatizar que las pruebas de fatiga cíclica y resistencia torsional permiten aislar y probar las variables de forma individual, aumentando la validez interna y la reproducibilidad del estudio, lo cual está en consonancia con los conceptos básicos del método científico. Sin embargo, a pesar de que estas pruebas permiten una evaluación adecuada del comportamiento de resistencia de los instrumentos de NiTi, también es cierto que evaluar únicamente estos resultados podría proporcionar solo información parcial a los lectores sobre los sistemas de preparación probados. Por lo tanto, el presente estudio utilizó un enfoque de investigación multimétodo, incluyendo pruebas puramente mecánicas con la caracterización metalúrgica de los sistemas probados, asociadas a la evaluación de su capacidad de conformación en dientes extraídos utilizando tecnología de micro-CT no destructiva, para una mejor comprensión general de sus desempeños.

En este estudio, la resistencia a la fatiga cíclica de HyFlex EDM One File y NeoNiti A1 fue similar pero superior a la de los instrumentos ProTaper F2 (Tabla 1). La innovadora aleación de NiTi tratada termomecánicamente y el tratamiento EDM de HyFlex EDM y NeoNiti, asociados con las mayores dimensiones del instrumento ProTaper F2, podrían explicar este hallazgo. Resultados similares también fueron observados por Kaval et al, quienes informaron una resistencia a la fatiga cíclica superior de HyFlex EDM en comparación con los instrumentos ProTaper Universal y ProTaper Gold. Los resultados de resistencia a la fatiga similares entre HyFlex EDM y NeoNiti podrían explicarse por el hecho de que, a pesar de pequeñas diferencias en su diseño de sección transversal, estos instrumentos presentan no solo dimensiones comparables (punta y cono) y calidad de fabricación (Fig. 1), sino también propiedades metalúrgicas similares como se observó en ensayos de EDS y DSC (Tabla 2 y Fig. 3). En contraste, ProTaper Gold mostró un NCF notable en comparación con ProTaper Universal. Para estos instrumentos, se puede excluir la influencia del diseño (Fig. 1) o la composición de la relación Ni/Ti (Tabla 2) sobre los resultados como factores variables, considerando que solo difieren en el proceso de fabricación termomecánico. Se ha demostrado que las aleaciones de NiTi martensíticas, como en los instrumentos ProTaper Gold, presentan alta maleabilidad y, en consecuencia, superan a las aleaciones de NiTi austeníticas convencionales en pruebas de resistencia. Además, ProTaper Universal era completamente austenítico a temperatura ambiente y, por lo tanto, presenta un comportamiento superelástico a temperatura ambiente y por encima de ella, como se confirmó en el análisis DSC (Fig. 3). ProTaper Gold mostró temperaturas de transformación más altas debido a la presencia de fase R y picos de transformación mucho más agudos y bien definidos que ProTaper Universal (Fig. 3), lo que indica que los instrumentos ProTaper Gold estaban sujetos a un tratamiento térmico final a mayor temperatura y/o durante una duración más prolongada (envejecimiento).

Los resultados de la prueba de resistencia torsional demostraron que la máxima resistencia torsional de ProTaper Universal (1.64 ± 0.23 N.cm) fue significativamente mayor que la de todos los demás instrumentos probados (Tabla 1). Este hallazgo sugiere que en una situación clínica en la que la punta de un instrumento se atasca en el canal, el instrumento ProTaper Universal requerirá una mayor fuerza para fracturarse. Sin embargo, esto puede verse comprometido por su menor rotación angular para fracturarse (375.1° ± 39.2°) explicada por su estructura completamente austenítica a temperatura ambiente (Fig. 3). Por otro lado, la mayor rotación angular para fracturarse de HyFlex EDM (630.2 ± 50.5°) y NeoNiti (524.4° ± 29.2°) en comparación con los instrumentos ProTaper (Tabla 1) puede ser útil en la práctica como un indicador de deformación plástica y fractura inminente.

Además, las diferencias en la rotación angular hasta la fractura entre los instrumentos HyFlex EDM y NeoNiti solo podrían explicarse por las ligeras diferencias en sus diseños de sección transversal y la calidad del acabado superficial (Fig. 1), ya que ambos instrumentos mostraron características de transformación que eran prácticamente equivalentes (Fig. 3). Por lo tanto, considerando las diferencias observadas en las pruebas mecánicas y la caracterización metalúrgica, se rechazaron las primeras y segundas hipótesis nulas probadas.

A pesar de que se han utilizado sistemáticamente métodos de pruebas mecánicas y caracterización metalúrgica en varios estudios que proporcionan información importante y comparable sobre las propiedades físicas de diferentes instrumentos de NiTi, también es importante complementar estos datos evaluando la capacidad de conformación utilizando metodologías no destructivas actualizadas, como el sistema de imágenes de micro-CT, para simular el uso clínico. En el presente estudio, se hicieron intentos para asegurar la comparabilidad de los grupos creando una línea base homogénea y confiable de acuerdo con datos cuantitativos en 3D adquiridos al escanear previamente todas las muestras, lo que mejoró la validez interna del método y redujo el sesgo anatómico que generalmente confunde los resultados. La capacidad de conformación se llevó a cabo comparando solo instrumentos con secuencias y dimensiones similares (es decir, sistemas HyFlex X NeoNiti y sistemas ProTaper Universal X ProTaper Gold). Este es un aspecto metodológico importante considerando que las diferencias en la preparación del conducto radicular se han relacionado con las dimensiones de los instrumentos. De hecho, los resultados presentes corroboraron esos hallazgos (Tabla 3). Aunque se realizaron comparaciones entre sistemas con diferencias notables (ProTaper Universal X ProTaper Gold) o similitudes (HyFlex X NeoNiti) respecto a las propiedades de la aleación de NiTi, no se observaron diferencias en los resultados de conformación (Tabla 3), y se aceptó la tercera hipótesis nula. Este resultado puede explicarse por las dimensiones similares de los instrumentos, los protocolos de preparación y, lo más importante, la cinemática utilizada en morfologías de canal emparejadas. La variada gama de resultados observados en los grupos puede explicarse por las pequeñas diferencias en las irregularidades anatómicas de las paredes del conducto radicular inherentes a los dientes molares maxilares. En consecuencia, como era de esperar, ninguno de los protocolos de preparación pudo preparar todas las paredes del conducto radicular. También es importante destacar que, a pesar de que no se observó diferencia en las comparaciones realizadas, el porcentaje de paredes no tocadas en los canales preparados con los instrumentos ProTaper fue mayor que el de los sistemas tratados termomecánicamente, lo que puede explicarse por las diferencias en la morfología de los conductos radiculares antes de los procedimientos experimentales (Tabla 3). En este estudio, los canales fueron emparejados en función de parámetros anatómicos en 3D para permitir la comparación de sistemas de NiTi con secuencias y dimensiones similares. Por lo tanto, este hallazgo apoya estudios previos que demuestran que las variaciones en la geometría del canal antes de los procedimientos de conformación tuvieron un mayor efecto en los cambios que ocurrieron durante la preparación que las técnicas de instrumentación. Finalmente, no se observó separación de instrumentos ni transporte significativo de la trayectoria original del canal basado en una evaluación cualitativa de los modelos en 3D, lo cual está de acuerdo con publicaciones sobre la preparación del conducto radicular con instrumentos rotatorios de aleación de NiTi especiales utilizados por clínicos experimentados siguiendo los protocolos de los fabricantes.

En la literatura, no es inusual observar intentos de clasificar los instrumentos de NiTi simplemente en función de su rendimiento mecánico. El presente estudio combinó las propiedades físicas y la capacidad de conformación de instrumentos con diseños y/o aleaciones similares. Se demostró que, a pesar de las diferencias observadas entre ellos en cuanto a resistencia a la fatiga y propiedades metalúrgicas, no se observó diferencia en su capacidad de conformación (es decir, el propósito principal por el cual se han desarrollado estos instrumentos). Esto significa que, si se utilizan instrumentos con dimensiones y/o protocolos de preparación comparables en anatomías de canal similares, es probable que se comporten de manera similar en términos de resultado de conformación y seguridad, incluso si exhiben diferencias estadísticas en sus propiedades físicas. Se necesitan más estudios para probar esta hipótesis evaluando otros sistemas en diferentes condiciones anatómicas, incluidos instrumentos falsificados y similares a réplicas que se han lanzado recientemente al mercado.

Conclusión

Aparte de las diferencias en las pruebas mecánicas y la caracterización metalúrgica, los sistemas con dimensiones de instrumentos y protocolos de preparación comparables (HyFlex X NeoNiti y ProTaper Universal X ProTaper Gold) mostraron un porcentaje similar de áreas de superficie no tocadas en la preparación de conductos radiculares de molares maxilares.

Autores: Emmanuel J. N. L. Silva, Jorge N. R. Martins, Carolina O. Lima, Victor T. L. Vieira, Francisco M. Braz Fernandes, Gustavo De-Deus, Marco A. Versiani

Referencias:

1. Bishop K, Dummer PM. Una comparación de Flexofiles de acero inoxidable y archivos NiTiFlex de níquel-titanio durante la conformación de conductos simulados. Int Endod J 1997;30:25–34.
2. Pettiette MT, Metzger Z, Phillips C, Trope M. Complicaciones endodónticas de la terapia de conducto radicular realizada por estudiantes de odontología con K-files de acero inoxidable y archivos manuales de níquel-titanio. J Endod 1999;25:230–4.
3. Parashos P, Messer HH. Fractura de instrumentos rotatorios de NiTi y sus consecuencias. J Endod 2006;32:1031–43.
4. Sattapan B, Nervo GJ, Palamara JE, Messer HH. Defectos en archivos rotatorios de níquel-titanio después del uso clínico. J Endod 2000;26:161–5.
5. McGuigan MB, Louca C, Duncan HF. El impacto de los instrumentos endodónticos fracturados en el resultado del tratamiento. Br Dent J 2013;214:285–9.
6. Gavini G, Santos MD, Caldeira CL, et al. Instrumentos de níquel-titanio en endodoncia: una revisión concisa del estado del arte. Braz Oral Res 2018;32:e67.
7. Zupanc J, Vahdat-Pajouh N, Schafer E. Nuevas aleaciones de NiTi tratadas termomecánicamente: una revisión. Int Endod J 2018;51:1088–103.
8. Plotino G, Grande NM, Mercade Bellido M, et al. Influencia de la temperatura en la resistencia a la fatiga cíclica de los archivos rotatorios ProTaper Gold y ProTaper Universal. J Endod 2017;43:200–2.
9. Silva EJ, Muniz BL, Pires F, et al. Comparación del transporte de conductos en conductos curvados simulados preparados con los sistemas ProTaper Universal y ProTaper Gold. Restor Dent Endod 2016;41:1–5.
10. Weinert K, Petzoldt V. Mecanizado de aleaciones de memoria de forma basadas en NiTi. Mater Sci Eng A Struct Mater 2004;378:180–4.
11. Pfeifer R, Herzog D, Hustedt M, Barcikowski S. Corte por láser Nd:YAG pulsado de aleaciones de memoria de forma de NiTi: influencia de los parámetros del proceso. J Mater Process Technol 2010;210:1918–25.
12. Pirani C, Iacono F, Generali L, et al. HyFlex EDM: características superficiales, análisis metalúrgico y resistencia a la fatiga de innovadores instrumentos rotatorios de NiTi mecanizados por descarga eléctrica. Int Endod J 2016;49:483–93.
13. Pedullá E, Lo Savio F, Boninelli S, et al. Resistencia a la fatiga torsional y cíclica de un nuevo instrumento de níquel-titanio fabricado por mecanizado por descarga eléctrica. J Endod 2016;42:156–9.
14. Aminsobhani M, Meraji N, Sadri E. Comparación de la resistencia a la fatiga cíclica de cinco sistemas de archivos rotatorios de níquel-titanio con diferentes técnicas de fabricación. J Dent (Teherán) 2015;12:636–46.
15. Gündoğar M, Özyürek T. Resistencia a la fatiga cíclica de instrumentos de níquel-titanio OneShape, HyFlex EDM, WaveOne Gold y Reciproc Blue. J Endod 2017;43:1192–6.
16. Nabavizadeh MR, Sedigh-Shams M, Abdolrasoulnia S. Vida de fatiga cíclica de dos sistemas de un solo archivo impulsados por motor en conductos curvados simulados. Iran Endod J 2018;13:61–5.
17. Rubio J, Zarzosa JI, Pallares A. Un estudio comparativo de la fatiga cíclica de 10 tipos diferentes de instrumentos endodónticos: un estudio in vitro. Acta Stomatol Croat 2019;53:28–36.
18. Hülsmann M. Investigación que importa: estudios sobre la fatiga de instrumentos de conducto radicular rotatorios y reciprocantes de NiTi. Int Endod J 2019;52:1401–2.
19. Rodrigues CS, Vieira VT, Antunes HS, et al. Características mecánicas de instrumentos Reciproc falsificados: un llamado a la atención. Int Endod J 2018;51:556–63.
20. Silva E, Giraldes JF, de Lima CO, et al. Influencia del tratamiento térmico en la resistencia torsional y la rugosidad superficial de instrumentos de níquel-titanio. Int Endod J 2019;52:1645–51.
21. Silva E, Vieira VT, Belladonna FG, et al. Resistencia a la fatiga cíclica y torsional de los instrumentos XP-endo Shaper y TRUShape. J Endod 2018;44:168–72.
22. Organización Internacional de Normalización ISO 3630-1. Instrumentos dentales de conducto radicular: parte 1- archivos, fresas, brocas con púas, raspadores, portapastas, exploradores y brocas de algodón. Ginebra, Suiza: Organización Internacional de Normalización; 1992.
23. ASTM International. ASTM F2004217: Método de prueba estándar para la temperatura de transformación de aleaciones de níquel-titanio mediante análisis térmico. West Conshohocken, PA: Sociedad Americana de Pruebas y Materiales; 2004.
24. Wu RC, Chung CY. Análisis calorimétrico diferencial (DSC) de archivos endodónticos rotatorios de níquel-titanio (NiTi) (RNEF). J Mater Eng Perform 2012;21:2515–8.
25. De-Deus G, Belladonna FG, Silva EJ, et al. Evaluación de micro-CT de áreas de conducto no instrumentadas con diferentes ampliaciones realizadas por sistemas de NiTi. Braz Dent J 2015;26:624–9.
26. Gagliardi J, Versiani MA, de Sousa-Neto MD, et al. Evaluación de las características de conformación de ProTaper Gold, ProTaper NEXT y ProTaper Universal en conductos curvados. J Endod 2015;41:1718–24.
27. Kaval ME, Çapar ID, Ertas H. Evaluación de la fatiga cíclica y la resistencia torsional de nuevos archivos rotatorios de níquel-titanio con diversas propiedades de aleación. J Endod 2016;42:1840–3.
28. De-Deus G, Silva EJ, Vieira VT, et al. El tratamiento termomecánico azul optimiza la resistencia a la fatiga y la flexibilidad de los archivos Reciproc. J Endod 2017;43:462–6.
29. Ninan E, Berzins DW. Propiedades de torsión y flexión de instrumentos rotatorios de níquel-titanio de memoria de forma y superelásticos. J Endod 2013;39:101–4.
30. De-Deus G, Simoes-Carvalho M, Belladonna FG, et al. Creación de grupos experimentales bien equilibrados para estudios de laboratorio endodónticos comparativos: una nueva propuesta basada en micro-CT y métodos in silico. Int Endod J 2020;53:974–85.
31. Peters OA, Laib A, Gohring TN, Barbakow F. Cambios en la geometría del conducto radicular después de la preparación evaluados por tomografía computarizada de alta resolución. J Endod 2001;27:1–6.
32. Paqué F, Ganahl D, Peters OA. Efectos de la preparación del conducto radicular en la geometría apical evaluados por micro-tomografía computarizada. J Endod 2009;35:1056–9.
33. Belladonna FG, Carvalho MS, Cavalcante DM, et al. Evaluación de la capacidad de conformación por micro-tomografía computarizada del nuevo instrumento Reciproc tratado térmicamente en azul. J Endod 2018;44:1146–50.
34. De-Deus G, Belladonna FG, Simoes-Carvalho M, et al. Eficiencia de conformación en función del tiempo de un nuevo instrumento tratado térmicamente. Int Endod J 2019;52:337–42.
35. Zuolo ML, Zaia AA, Belladonna FG, et al. Evaluación por micro-CT de la capacidad de conformación de cuatro sistemas de instrumentación de conductos radiculares en conductos de forma ovalada. Int Endod J 2018;51:564–71.