distribuciÓn de fuerzas en incrustaciones tipo inlay, …

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Investigación

Rev. Cient. Odontol., Vol.13 / No. 2, Julio a Diciembre 2017

ABSTRACT

Objective: Analyze via finite element method the distribution of forces produced by inlays, with different intercuspal distance, when subjected to mechanical stress until fracture. Materials and methods: Nine extracted maxillary premolars, without caries, were selected. Three teeth were left intact while the other six teeth were prepared following the principles of cavity preparation for cast restorations. The teeth were restored with inlays, using two materials for fabrication: composite resin and lithium disilicate. The subjects were exposed to vertical load tests using the universal testing machine with the same force applied to all of them, collecting afterwards the fracture resistance value in Newtons (N). The data of the mechanical properties of the employed dental materials and of dental tissues were studied in the virtual simulation software Solidworks 2015, via finite element analysis. Results: The fracture resistance value was similar between teeth restored with lithium disilicate inlays (1286, 33 N) and intact teeth (1350, 66 N), however, the value was different for teeth restored with composite resin inlays (893, 66 N). Virtual simulation analysis showed a uniform load distribution on the crown of intact teeth, with a higher stress concentration on the center of the occlusal surface. Nonetheless, it varied in teeth with indirect restorations depending on the intercuspal distance of the inlays and on the materials used for fabrication. Conclusions: Lithium disilicate showed a higher fracture resistance compared to composite resin. The intercuspal distance of 2,5 mm showed a load distribution similar to one of natural teeth.

KEYWORDS

Inlay; ceramic; composite resin; finite element analysis

RESUMEN

Objetivo: Analizar mediante elemento finito la distribución de fuerzas que se producen en incrustaciones tipo inlay, con diferente distancia intercuspídea sometidas a tensiones mecánicas hasta su fractura. Materiales y métodos: Fueron seleccionados 9 dientes premolares superiores sanos, tres dientes permanecieron intactos y seis dientes fueron preparados siguiendo principios básicos de tallado para incrustaciones, variando el material de la restauración indirecta; resina compuesta o disilicato de litio. Para ser sometidos luego a pruebas de carga vertical mediante una máquina de ensayo universal con una misma fuerza, recolectando valores de fractura de cada restauración en N. Los datos de las diferentes propiedades mecánicas de los materiales dentales empleados y de los tejidos dentales fueron digitados en el programa de simulación virtual a través de elementos finitos, Solidiworks 2015. Resultados: La resistencia a la fractura fue similar entre los dientes con restauración de disilicato de litio (1286,33 N) y los intactos (1350,66 N), variando en el diente con incrustación en resina (893.66 N). El análisis de simulación virtual mostró una distribución de tensiones uniforme en la corona del diente intacto con mayor concentración de esfuerzo en el centro de la cara oclusal. En el diente con restauración indirecta, el lugar de concentración de las tensiones varió con respecto a la distancia intercuspídea evaluada y el material empleado. Conclusiones: El material de disilicato de litio mostró mayor resistencia a la fractura que la resina compuesta. La distancia intercuspídea de 2.5 mm permitió una distribución de esfuerzos semejante a la observada en el diente sano.

PALABRAS CLAVE

Inlay; cerámica; resinas compuestas; análisis de elementos finitos

Rodríguez-Villarreal Juan PabloNOVA DENTAL EL INCA

Ecuador

Mena-Serrano Alexandra PatriciaFacultad de Odontología Universidad de las Américas

Ecuador

Armas-Vega Ana del CarmenFacultad de Ciencias de la Salud Eugenio Espejo, Universidad Tecnológica Equinoccial

Ecuador

Velásquez-Ron Byron VinicioFacultad de Odontología Universidad de las Américas

Ecuador

DISTRIBUCIÓN DE FUERZAS EN INCRUSTACIONES TIPO INLAY,CON DIFERENTE DISTANCIA INTERCUSPIDEA

LOAD DISTRIBUTIONS IN INLAY RESTORATIONS WITH DIFFERENT INTERCUSPAL DISTANCE

Fecha de ingreso: 03/10/2017. Fecha de aceptación: 22/11/2017

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un espesor mínimo de 2,5 mm a nivel de la base de las cúspides remanentes mediante calibrador para metal 6, 7, 8, 10

En todas las preparaciones se realizó una impresión con técnica de un solo paso con polivinilsiloxano (Express™ 2, 3M-ESPE) y cubetas de stock, el vaciado correspondiente realizado con yeso piedra extra duro y agua en proporciones de 100 mg/24 ml, empleando vibrador de yeso para evitar la presencia de burbujas.10 Sobre el modelo de yeso fue colocado un espaciador y aislante, previa delimitación del margen de la restauración.

De los seis modelos obtenidos de los dientes donde se ejecutaron las preparaciones, en tres n=3 de ellos escogidos aleatoriamente se elaboraron inlays de composite nanohíbrido9 (Filtek TM Z250XT, 3M-ESPE) de color A2 para dentina y esmalte, colocada en incrementos de 2mm, polimerizando cada uno de ellos por 30 segundos con lámpara de luz led (SDI radii plus, Australia) a una intensidad de 480 nm, una potencia de 1500 mW/cm2 y una distancia de 0.5 cm.

Complementando el proceso de polimerización mediante cocción en horno microondas a una intensidad de 1200 watts, para lo cual cada modelo fue colocado en un recipiente con agua por cuatro minutos 8,12. La restauración una vez confeccionada fue retirada del modelo, pulida mediante gomas de caucho de grano grueso, medio y finalmente fino acompañadas de copas de fieltro embebidas con pasta de óxido de aluminio de grano extrafino de 6 a 8 micras18 (DiamondR, FGM-Brasil) adaptadas en baja velocidad.

En los 3 modelos restantes, fueron reconstruidas las restauraciones mediante cera semiplástica a través de la técnica de cera perdida, llevados a un bebedero donde recibieron el revestimiento en una mezcladora al vacío con una porción de 100 gr de polvo por 24 ml de líquido, inyectándose la pastilla de disilicato de litio (IPS e.max Disilicato de Litio, Ivoclar, Vivadent- España) en un horno (Cerampress Qex, DENTSPLY Ceramco, EEUU), la remoción del investimento fue ejecutada mediante óxido de aluminio de 50 micras a 60 PSI - 1 cm de distancia, realizándose el corte, pulido y verificando la adaptación de la incrustación sobre el modelo.

Las restauraciones elaboradas, independiente del material empleado, fueron cementadas en los dientes correspondientes, mediante protocolos establecidos, para cada material. 8,13,14,15,16,17 Las incrustaciones en resina fueron sumergidas en alcohol con la finalidad de limpiar la superficie; aplicado en la superficie interna micro retenciones, mediante un chorro de óxido de aluminio de 110 um de tamaño de partícula a una presión de 2,8 bars, a 50 mm de distancia, buscando aumentar la superficie de contacto.

A seguir la superficie dental fue tratada con ácido ortofosfórico al 37 % (Alpha – Etch 37, Dental Technologies, Inc. EE.UU) por 10 segundos, lavadas y secas las superficies internas; aplicando sobre ellas silano (Silane, Ultradent, USA) como agente de unión durante 3 minutos hasta su evaporación.

Las restauraciones de disilicato de litio, fueron acondicionadas en su superficie interna con ácido

RODRÍGUEZ J., MENA A., ARMAS A., VELÁSQUEZ B. “DISTRIBUCIÓN DE FUERZAS EN INCRUSTACIONES TIPO INLAY, CON DIFERENTE DISTANCIA INTERCUSPIDEA” INVESTIGACIÓN. REV. CIENT. ODONTOL. 13 (2)

RELEVANCIA CLÍNICA

Es frecuente el empleo de cerámicas y resinas compuestas como material de elaboración de restauraciones indirectas tipo inlay, por lo que resulta básico reconocer el punto donde se concentra la tensión antes de producirse fracturas cuando el diente y la restauración están sometidas a fuerzas oclusales intensas. El elemento finito se muestra como una herramienta exitosa para este tipo de simulación.

INTRODUCCIÓN

La pérdida de estructura dental, relacionada con la presencia de caries, constituye la principal causa para realizar restauraciones indirectas1 del tipo inlay, onlay u overlay, confeccionadas con materiales cerámicos o resinosos; cuya ejecución constituye una excelente alternativa estética y funcional, 2,3,4 sumada a la adecuada redistribución del estrés y tensión por sus propiedades elásticas, lo que las convierte en elementos restauradores biocompatibles a la estructura dental. 5,6

Las destrucciones extensas de la corona dental pueden desencadenar diversas alteraciones a nivel bucal, se pretende evaluar mediante elemento finito la distribución de fuerzas que se producen cuando incrustaciones (inlay) en dientes premolares fabricadas en cerámica y resina con diferente distancia intercuspídea son sometidas a tensiones mecánicas hasta su fractura.

MATERIALES Y MÉTODOS

Se plantea un estudio experimental, in vitro, utilizando 9 dientes premolares superiores sanos humanos, extraídos por indicaciones terapéuticas, obtenidos mediante carta de donación, limpios y almacenados en suero fisiológico bajo refrigeración hasta su empleo. Cada uno de los especímenes fue inmerso en acrílico transparente, hasta la unión amelocementaría, cuidando de dejar la superficie oclusal paralela al plano horizontal simulando la posición del diente en boca, empleando como molde un cilindro plástico de 3 cm de largo y 2 cm de ancho.

El diámetro y largo de estos dientes fueron medidos y registrados adecuadamente, tres de los dientes fueron separados de forma aleatoria y considerados como control, sin realizarse en ellos ningún tipo de preparación.

Las preparaciones para incrustación tipo inlay fueron realizadas en los seis dientes restantes, por un único operador entrenado y capacitado en este procedimiento, abarcando las superficies oclusal, mesial y distal, empleando fresas de diamante calibradas y estandarizadas para crear una cavidad homogénea en la superficie dental (846KR.018 FG – 846KRF.018 FG - 846KRF.031 FG, jota kit 1416 inlay/onlay by Paulo Cano), adaptadas a un motor en alta velocidad (450.000 min-1) con adecuada refrigeración.

Las terminaciones externas de las cavidades fueron ejecutadas cuidando que los márgenes de la preparación terminaran en esmalte, con ángulos internos redondeados, la caja oclusal elaborada a una profundidad de 1,5 mm desde el borde cavo superficial oclusal, con divergencia de sus paredes proximales y expulsión oclusal, dejando

VARGAS T.

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Figura 1. Mallado del premolar superior sin restauración, con sus parámetros correspondientes, definición de cargas y restricciones para el premolar superior sin restauración.

Cuadro 1. Propiedades mecánicas del tejido dental y materiales dentales empleados

Tejido dental Modulo elástico Coeficientede poisson

Esmalte 84100 MPa 0.33 vDentina 18600 MPa 0.31 v

Material empleadoDisilicato de litio 68900 MPa 0.19 vResina 19000 MPa 0.24 v

RESULTADOS

Las medias obtenidas de las pruebas mecánicas ejecutadas y establecidas en Newton, se describen en el cuadro 2:

Cuadro 2. Medias obtenidas de las pruebas mecánicas

Sustrato dental (aumento estos títulos) Valoresde fractura

Dientes intactos 1350.66 NDientes con restauración de disilicatode litio

1286.33 N

Dientes con restauración de resina 893.33 N

Al considerar el diente intacto y la distribución de tensiones se evidencia una concentración del esfuerzo de forma uniforme en toda la corona del diente, con mayor concentración de esfuerzo en el centro de la pared oclusal justo donde la presión fue ejercida y que se transmite de forma paralela al fondo de la pared pulpar (Figura 2).

fluorhídrico (IPS® Ceramic Etching Gel al 5 %; Ivoclar, Vivadent- España) por un lapso de 20 segundos, seguido por abundante lavado bajo agua corriente y la colocacion posterior en un baño ultrasónico durante 5 minutos, a seguir fue aplicando silano (Silane, Ultradent, USA) por 3 minutos hasta su evaporización.

La superficie dental fue limpia con cepillo profiláctico, clorhexidina y polvo de piedra pómez durante 10 segundos, acondicionando el tejido dentinario con ácido fosfórico al 37% durante 10 segundos en esmalte y 5 segundos en dentina, seguido de lavado por 50 segundos y secado con papel absorbente y aire de manera indirecta buscando no resecar la dentina.

El sistema adhesivo (Adper Single Bond, 3M-ESPE) fue aplicado mediante microbrush en dos capas, colocando aire entre dichas capas, polimerizando la última de ellas por 20 segundos, mediante lámpara fotopolimerizadora.

La unión de las restauraciones al sustrato dental, independiente del material, se produjo mediante cemento resinoso (3M RelyX™ ARC, 3M-ESPE), dosificado, espatulado y colocado en la parte interna de la restauración indirecta y en el sustrato del diente. Una vez instalada la restauración sobre la superficie dental, siguiendo el eje de inserción, fue verificada su adaptación marginal, realizándose la polimerización del material mediante lámpara de luz led a intensidad de 480 nm y potencia de 1500 mW/cm2 (SDI radi plus, Australia) durante 30 segundos, a una distancia de 10 mm, la eliminación de residuos y el pulido fueron ejecutadas mediante fresas diamantadas finas y extrafinas, gomas de caucho de grano grueso, medio, fino y fieltro con pasta de óxido de aluminio de grano extrafino de 6 a 8 micras18 (DiamondR, FGM-Brasil) adaptadas en baja velocidad.

Todos los 9 dientes fueron sometidos a pruebas de carga mediante máquina de ensayo universal, ejerciendo presión vertical con una punta metálica de 6 mm de diámetro simulando la cúspide antagonista y centrada sobre la superficie oclusal, aplicando una fuerza a lo largo del eje del diente a una velocidad de 1cm por minuto, la carga máxima de fractura se registró en newton (N), 18, 10 estos datos fueron introducidos en el programa de elementos finitos.

En el análisis de simulación virtual mediante elementos finitos, fueron considerados los valores de las diferentes propiedades mecánicas del tejido dental, reportados en el cuadro 1 21, 20, 22, 23; así como de los biomateriales para su elaboración, obtenidos en las pruebas mecánicas, de igual manera los valores de fractura obtenidos en la prueba de carga y las variaciones respecto a la distancia intercuspídea, todos estos valores fueron digitados en computadora al programa Solidiworks 2015, ensamblando un diente en 3D y simulando en dicho modelo el tallado dental a una distancia intercuspídea de 2 mm, 2.5 mm y 3 mm tanto en resina como cerámica. 27,12,20,24,26 (Figura 1). Por criterio de diseño mecánico se empleó el esfuerzo de Von Misses al ser el empleado con mayor frecuencia en este tipo de pruebas, considerándose el factor de seguridad en un rango máximo de 1,23 y mínimo 0, representados gráficamente por colores que variaron del rojo al azul.

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Figura 2. Distribución de tensiones en diente intacto, vista oclusal.

En el diente con restauración en resina compuesta y con una distancia intercuspídea de 2 mm, se evidencia que el mayor valor de concentración de esfuerzos se produce en el área donde se aplica la fuerza, distribuyéndose el esfuerzo hacia la parte interna coronal, sin llegar a la pared pulpar (Figura 3).

Figura 3. Diente con restauración inlay construido con resina compuesta y con una distancia intercuspídea de 2mm, vista sagital de la distribución de la tensión.

Al analizar el diente con restauración inlay construido con disilicato de litio y con una distancia intercuspídea de 2 mm, se observa la mayor concentración de fuerza en el lugar donde está aplicada la presión a nivel coronal, sin embargo, esta se concentra a nivel de la incrustación,

llevando a pensar en una fractura previa de la incrustación antes que la corona dental.

Al considerar la distancia intercuspídea de 2.5 mm y la restauración elaborada con resina, se observa que el área donde se encuentra el valor máximo sigue siendo el lugar donde la presión fue ejercida, destacándose que la distribución de esfuerzos se produce siempre en la parte más profunda de la cavidad, con mayor concentración del esfuerzo hacia el material de restauración empleado.

Para el inlay en disilicato de litio a distancia intercuspídea de 2.5 mm, se observa similares resultados, sin embargo, los esfuerzos se concentran con mayor intensidad en las superficies oclusales de las cúspides es decir a nivel cabo superficial de la cavidad (Figura 4).

Figura 4. El diente con restauración inlay de disilicato de litio de 2.5mm de distancia intercuspídea en corte sagital donde se aprecia la distribución de tensión.

Cuando la distancia intercuspídea alcanza los 3 mm y se considera como restauración a la resina, existe una distribución de tensiones casi uniforme en toda la caja oclusal (Figura 5). Sin embargo, al considerar la misma distancia y como material el disilicato de litio se observa que las tensiones se concentran a nivel de las paredes de la corona observándose mayor posibilidad a la fractura que en los otros casos analizados, relacionando la tendencia de la fractura con la resistencia del material de restauración (Figura 6).



Figura 5. Diente con restauración inlay de resina de 3mm de distancia intercuspídea, vista sagital de la distribución de tensiones.

Figura 6. Restauración inlay en disilicato de litio de 3mm de distancia intercuspídea, vista sagital de la distribución de tensión.

Los valores de Von Mises y el Factor de seguridad tras el análisis mediante elemento finito, considerando los dos materiales empleados y el diente intacto fueron recopilados en los cuadros 3 y 4.

Cuadro 3. Valores en Von Mises y Factor De Seguridad diente con inlay en resina y cerámica

Distancia cuspídea

Resina Cerámica

Vonmises (Mpa)

Factor De Seguridad

Vonmises (Mpa)

Factor de Seguridad

2mm 1341 0,018 1829 0,047

2.5mm 952,66 0,025 1329 0,064

3mm 1462,3 0,016 1941,6 0,044

Cuadro 4. Valores en Von Mises y Factor De Seguridad diente intacto

Diente intacto

Von mises (Mpa) Factor De Seguridad

1001,3 0,1

DISCUSIÓN

El conjunto de datos de esfuerzo de Von Mises y el Factor de seguridad, permitieron demostrar que la distancia intercuspídea está relacionada en forma directa con la resistencia a la fractura de la pieza dental en una restauración tipo inlay, independiente del material. Observándose que una distancia entre las cúspides mayor o igual a 3 mm desencadena alta concentración de fuerzas en sitios que comprometen la estructura dental lo que puede llevar al fracaso del tratamiento ocasionando fracturas.

La incrustación inlay realizada en disilicato de litio en una superficie dental preparada con una distancia intercuspídea de 2.5 mm resulta la más indicada en términos de conservación de estructura dental, respecto a la distribución de esfuerzos, lo que estaría asociado al hecho de que la cerámica posee mayor modulo elástico en comparación con la resina compuesta, reforzando la estructura dental y desencadenando una disminución en la concentración de tensiones en la zona de transición,16

coincidiendo con estudios similares,17 al asociar mayor cristalinidad del disilicato de litio en comparación con la resina, lo que proporciona una matriz de enclavamiento en su estructura mejorando de esta forma la resistencia.

Por otro lado, no resulta desmerecedor el hecho de que la resina compuesta, como material de restauración indirecto posee una baja resistencia al desgaste, hecho que debe ser considerado en el momento de la elección del material, sin embargo al realizar simulaciones de elementos finitos se evidenció que las restauraciones de resina desencadenan mayores niveles de estrés en comparación con las restauraciones de porcelana, que puede estar relacionados a la presencia de puntos de estrés y la iniciación de grietas por fatiga, que eventualmente puede conducir a la fractura, observando en el estudio concentraciones más altas de

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esfuerzos en la zona donde ha sido aplicada la carga; lo cual se reporta en la literatura. 28,29,30

Otras investigaciones, sin embargo contraponen estos resultados 5,31, afirmando que la resina compuesta minimiza tensiones internas, al ser sometida a fuerzas compresivas, mostrándose como la mejor opción para restauraciones indirectas, por la redistribución de estrés, propiedades elásticas y biomecánicas similares al diente, indicando una distribución de tensión más favorable en la cavidad MOD en dientes vitales o no, con un buen pronóstico a largo plazo en lo referente a su resistencia a la fractura, sumado a la adaptación a nivel gingival, costo y tiempo de elaboración 3.

Mayores estudios referentes a este tema son necesarios, pues son muchos los factores que podrían repercutir en el éxito del tratamiento con restauraciones indirectas, la reproducción virtual mediante elemento finito constituye una herramienta importante para el análisis, sin embargo, se hace necesario, considerar factores como ciclos masticatorios, saliva y el envejecimiento asociado al tiempo de permanencia de la restauración en boca.

CONCLUSIÓN

El disilicato de litio se mostró como el material con mayor resistencia a la fractura, al ser comparado con la resina compuesta, el análisis por elemento finito determinó que el sitio de mayor estrés corresponde a la zona donde fue aplicada la fuerza; la tensión independiente del material empleado se distribuye a nivel de la corona dental, con una distribución de la concentración uniforme en las restauraciones construidas con disilicato de litio a diferencia de aquellas construidas con resina. La distancia intercuspídea de 2.5 mm, permite una distribución de esfuerzos apropiada que simula a la del diente sano.

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CALIDADES:

Juan Pablo Rodríguez-VillarrealRehabilitación Oral Facultad de Odontología, Escuela De Postgrados UDLA, Odontólogo por la Universidad Central del Ecuador.

Correo electrónico: [email protected]

Ana del Carmen Armas-VegaPhD en Operatoria dental por la Universidad de Sao Paulo, Brasil, Operatoria dental, odontóloga por la Universidad Central Del Ecuador, profesora de pregrado facultad de ciencias de la salud universidad tecnológica equinoccial.

Correo electrónico: [email protected]

Alexandra Patricia Mena-SerranoPhD. Dentística Restauradora Universidad Estatal De Ponta Grossa, Odontóloga por la Universidad de Cuenca; coordinadora de investigación, Universidad de las Américas, Facultad de Odontología

Correo electrónico: ap,[email protected]

Byron Vinicio Velásquez-RonMaster en Investigación Clínica Universidad de New York, Especialista en Rehabilitación Oral, Universidad San Francisco De Quito, Escuela De Postgrados UDLA, Odontólogo por la Universidad Central Del Ecuador, profesor de pre grado y post grado Universidad de las Américas, Facultad de Odontología.Correo electrónico: [email protected], [email protected]

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