September, 2004
Resistencia a la Fricción de Brackets Cerámicos Cuando se les Somete a Momentos de Inclinación Variables
Por Michael Bagby, DDS, PH.D. y Peter Ngan, DMD y Todd Bovenzier, DDS.
Introducción
Así como el bracket y el diente se mueven a lo largo del alambre, la fricción se opone a tal movimiento. La fricción puede ser un factor muy determinante en la eficacia de un aparato de ortodoncia. La fricción aumenta la fuerza requerida para mover un diente, hace más lento el movimiento dental y contribuye a la pérdida de anclaje. Varios factores, tanto físicos como biológicos, intervienen en la fricción en ortodoncia, las propiedades del bracket (material, proceso de manufactura, diseño), propiedades del alambre (material y sección transversal), método de ligadura, factores del paciente (angulación bracket-alambre, fuerzas dinámicas intraorales) y películas biológicas. [1,2]
Estudios han mostrado que entre mayor sea la angulación entre el alambre y el bracket, se genera más fricción. [3,4,5] El efecto de la angulación en la fricción es más pronunciado con arcos de acero inoxidable, en comparación con los de níquel-titanio. Esto puede explicarse por la menor rigidez de los alambres de Ni-Ti. La fricción aumentada por una mayor angulación del bracket se atribuye con frecuencia a que los alambres se flexionan, en lugar de a fricción verdadera. [6,7]
Hay un interés continuo en mejorar la estética de los aparatos ortodóncicos tales como los brackets cerámicos. La reducción de la fricción es una de las metas para la nueva generación de brackets cerámicos. Para disminuir la rugosidad de la superficie crearon la cobertura de la ranura con sílice (GAC’s Mystique) o le colocaron un inserto de metal en la ranura (Unitek’s Clarity). También se han redondeado sus márgenes para reducir el doblez de los alambres y la fricción.
En la mayoría de los estudios, los brackets de acero inoxidable producen la menor cantidad de fricción cuando se comparan con los cerámicos tradicionales. [8,9,10] Rose y Zernik [11] demostraron que redondear las esquinas de los brackets cerámicos reduce significativamente la resistencia friccional. Hay pocos estudios que comparen la resistencia friccional de la nueva generación de brackets cerámicos con los de acero inoxidable.
Además, la mayoría de los modelos de prueba de fricción jalan un alambre recto a través de la ranura. Esto no simula la situación clínica en la que hay inclinación y doblez del alambre con respecto a la ranura. En una inclinación de 0 puede haber poco o ningún contacto entre los brackets y el alambre dependiendo del método de ligado utilizado. Con ángulos de inclinación incrementados, que aseguren el contacto del bracket con el alambre, la fricción puede ser significativamente mayor, especialmente con brackets cerámicos.
Materiales y Métodos
Se probaron dos arcos de a alambre Ni-Ti y de acero inoxidable .019 x .025 (GAC), usando brackets de caninos superiores con ranura .022. Se probaron también cuatro tipos de brackets: el cerámico Mystique de GAC y el bracket de acero inoxidable MicroArch contra el Clarity y el Transcend de 3M/Unitek (Figura 1). El bracket Transcend fue probado como un control positivo, ya que se conoce que tiene mucha resistencia friccional. El bracket MicroArch fungió como un control negativo, ya que se sabe que el acero inoxidable produce menos resistencia friccional. [12]
Figura 1. Brackets probados.
Los brackets se adhirieron al extremo de un rodillo de acrílico de un cuarto de pulgada con cemento de cianoacrilato. Para colocarlos se usó un poste automatizado insertado en la ranura del bracket al centro del rodillo de acrílico. Además, este posicionador colocó la ranura del bracket perpendicular al eje longitudinal del rodillo de acrílico, anulando los efectos de la prescripción del bracket. (figura 2).
Figura 2. Posicionamiento del bracket con un poste automatizado.
El aparato de pruebas diseñado por Omana [12] se modificó para permitir la aplicación de una torsión variable al bracket mientras registraba la fricción, torsión y angulación, similar al método descrito por Mah. [13]
Figura 3. Pruebas mecánicas realizadas por la máquina y el equipo accesorio.
El rodillo con el bracket se montó en la base de pruebas. El alambre se insertó en la ranura del bracket y se sujetó a la cabeza perpendicular de la máquina de pruebas. El alambre estuvo guiado por poleas de la base de pruebas. (Figure 4). No se colocaron ligaduras, ya que se ha visto que éstas agregan variables dependientes. Sin ligaduras, se elimina una variable extraña. Las medidas se enfocaron a la fricción de la interfase bracket/alambre. En la base de pruebas, el rodillo de acrílico se conectó al brazo elevador movible, que se levantaba y bajaba haciendo rotar el rodillo de acrílico y el bracket en el otro extremo. (Figura 5).
Figura 4. Alambre en la ranura del bracket y poleas de guía.
El bracket se inclinó en cuatro angulaciones: 0, 2.7, 4.9 y 5.9 grados con fricción manual medida jalando el alambre a través del bracket. Después de medir la fricción en cada angulación, se aplicó torsión e inclinación cíclica variable desde 0 hasta 5.9 grados a través del brazo movible y se midió la fricción dinámica. Cada combinación de bracket y alambre se probó tres (Ni-Ti) o cinco veces (acero inoxidable). En cada ocasión se usó un bracket nuevo con un nuevo segmento de alambre.
Figura 5. Brazo elevador que origina la rotación del bracket.
Se registraron varios datos con una tabla de conversión análoga a digital en una PC. La información se analizó con MS Excel y el software estadístico JUMP. Los resultados típicos aparecen en la Figura 6.
Figura 6. Resultados y Discusión.
Results and Discussion
La fricción y torsión aumentaron con el ángulo de inclinación (Figura 6). Cuando el brazo se movió hacia arriba y abajo, y el rodillo con el bracket rotó, y el bracket y el alambre fueron forzados a aproximarse, teniendo mayor contacto. Este mayor contacto aumentó la fricción como se esperaba conociendo las teorías clásicas de fricción.
La fricción con alambres Ni-Ti fue baja (menos de 20 g) para todos los brackets y se juzgó como sin significado estadístico (Figura 7).
Figura 7. Fricción promedio para el alambre Ni-Ti.
Cuando se probó el alambre de acero inoxidable, la fricción aumentó cuando el ángulo fue mayor en todos los (Figura 8). El análisis de ANOVA mostró interacción significativa del alambre de acero inoxidable con el bracket a un nivel de significancia de p=0.006. por lo que se analizó estadísticamente la fricción de los brackets para cada angulación.
Figura 8. Fricción promedio para el alambre de acero inoxidable.
No se observaron diferencias significativas entre ninguno de los brackets angulados a 0 y 2.7 grados (Figura 9). No se encontraron diferencias entre los brackets en fricción dinámica. A 4.9 y 5.9 grados, los brackets Transcend tuvieron mucho mayor fricción que los MicroArch. No hubo diferencia significativa entre los Clarity y los Mystique en ninguna angulación. Las orillas redondeadas de estos brackets reducen el doblez del alambre.
Figura 9. Gráfica que muestra el aumento de fricción ante un mayor ángulo de inclinación.
Los resultados mostraron que los métodos utilizados fueron capaces de distinguir entre los controles positivos y negativos. Los datos indicaron que el bracket Transcend causa la mayor fricción y que el bracket de acero inoxidable (GAC MircoArch) la menor, como se esperaba. Los brackets Mystique y Clarity se ubicaron entre los que causan mucha y los que causan poca fricción. Las diferencias entre los brackets Mystique y los Clarity fué poca y no parece ser clínicamente relevante. Las diferencias de fricción entre los brackets no fueron estadísticamente significativas. Esto, probablemente, causado por la gran variabilidad de los datos por los diferentes ángulos de torsión, como se mostró en la gráfica.
Conclusiones
El bracket Mystique con tratamiento de sílice en la ranura tiene fricción similar al Unitek Clarity pero menos que los brackets cerámicos conocidos como de "primera generación" (Unitek Transcend). Los brackets metálicos MicroArch tienen la menor fricción de los cuatro brackets estudiados.
Agradecimientos
A GAC International Inc, de Bohemia NY por la donación de los brackets y alambres, y el patrocinio del proyecto de investigación.
A Vince Kish, WVU, de la Escuela de Medicina, Departmento de Ortopedia por su ayuda con la construcción del equipo de prueba.
Al Dr. Jerry Hobbs, WVU, escuela de Medicina, Departmento de Medicina fo Comunitaria por su asistencia con los análisis estadísticos.
Referencias
1. Rossouw PE, ed. Friction in Orthodontics. Seminars in Orthodontics 2003, 9.
2. Tidy DC. Frictional forces in fixed appliances. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1989; 96:249-54.
3. Andreasen GF, Quevedo FR. Evaluation of friction forces in the 0.022 x 0.028 edgewise bracket in vitro. J Biomech 1970; 3:151-60.
4. Frank CA, Nilolai RJ. A comparative study of frictional resistances between orthodontic brackets and arch wires. Am J Orthod 1980; 78:593-609.
5. Peterson L, Spencer R, Andreasen GF. A comparison of frictional resistance for Nitinol and stainless steel wire in edgewise brackets. Quintess Int 1982; 5:563-65.
6. Drescher D, Bourauel C, Schumacher HA. Frictional forces between brackets and arch wires. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1989; 96:397-404.
7. Garner JL, Allai WW, Moore BK. A comparison of frictional forces during simulated canine retraction of a continuous edgewise wire. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1986; 90:199-203.
8. Kusy RP, Whitley JQ. Coefficients of friction for arch wires in stainless steel and polycrystalline alumina brackets slots. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1990; 98:300-12.
9. Pratten D, Popli K, Germane N, Gunsolley J. Frictional resistance of ceramic and stainless steel orthodontic brackets. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1990; 98:398-403.
10. Angolkar PJ, Kapile S, Duncanson MG, Nanda RS. Evalusiton of friction between ceramic brackers and orthodontic wires of four alloys. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1990; 98:499-506.
11. Rose CM, Zernik JH. Reduced resistance to sliding in ceramic brackets. J Clin Ortho 1996, 30:78-84.
12. Omana HM, Moore RN, Bagby MD. Frictional properties of metal and ceramic brackets during simulated cuspid retraction. Journal of Clinical Orthodontics 1992, 36:425-32.
13. Mah E, BagbyMD, Ngan PW, Durkee MC. Investigation of frictional resistance of orthodontic brackets when subjected to variable moments. J Dent Res 2003, 82A:1539.
Contributed by:
Michael Bagby, D.D.S., Ph.D.
Profesor de la Universidad West Virginia Escuela de Odontología División de Odontopediatría Departmento de Ortodoncia
Peter Ngan, D.M.D.,Cert Orth, D. Orth.
Profesor and Director. Universidad West Virginia Escuela de Odontología Departmento de Ortodoncia
Todd Bovenizier, D.D.S.
Orthodontic Residente de la Universidad West Virginia. Escuela de Odontología Departmento de Ortodoncia
