Avaliação in vitro da corrosão em bráquetes odontológicos.

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Físico-Química

Autores

Henrique Vilhena da Silva, M. (IFPA) ; Elza, M.L.F. (IFPA) ; Almeida Rodrigues, E. (IFPA) ; Nazareno Monteiro Pereira, M. (IFPA)

Resumo

A pesquisa em ligas metálicas utilizadas em bráquetes odontológicos é contínua e a corrosão é uma questão diante ao meio agressivo no qual está submetido. O objetivo foi avaliar in vitro a alteração sofrida pelos bráquetes, utilizamos as marcas Morelli, Eurodonto, Orthometric e Aditec. Cada bráquete foi avaliado por microscopia eletrônica de varredura e pesados em balança de 5 dígitos, antes e após simulação na condição bucal. Em seguida foram submetidos ao ácido lático, mantidos a pH de 4,5, com temperatura a 37º C, no período de 30 dias em estufa. A eficácia do material de fabricação dos bráquetes foi comprovada para as marcas Morelli e Aditek, Os resultados permitiram relacionar as características micro estruturais do aço austenítico que garantem a atuação mesmo em sítios agressivos.

Palavras chaves

bráquete; corrosão; aço austenitico

Introdução

A Corrosão é um processo eletroquímico, uma reação química na qual ocorre a transferência de elétrons de um componente para outro, resultando na perda de propriedades essenciais do metal (CALLISTER, 2008). A corrosão ocorre com a perda de íons do metal para a solução ou por uma dissolução progressiva da camada superficial deste metal(GENTIL, 1982) (CALLISTER, 2008). Classificamos o processo de corrosão em três tipos: corrosão química, corrosão eletroquímica e corrosão eletrolítica, como demonstrado na figura 1. Essencialmente, a corrosão de ocorre através de duas reações simultâneas: oxidação e redução (redox). O nível de corrosão de qualquer metal depende da química do solvente em que ele está imerso (HOUSE, SERNETZ, et al., 2008), o que caracteriza a corrosão do tipo eletroquímica a qual ataca os bráquetes. Os metais perdem ou cedem elétrons na oxidação ou reação anódica, enquanto na redução ou reação catódica, os elétrons perdidos ou cedidos são transferidos para elementos químicos, dando origem a compostos diferentes ou íons. Estes, por sua vez, podem ser transferidos para a solução corrosiva ou podem ficar insolúveis e se manterem aderidos à superfície do material (CALLISTER, 2008). No caso dos aços inoxidáveis, a camada superficial de óxido tem a possibilidade de se renovar através do processo de passivação, que é um fato importante para a não progressão da oxidação, resultando na prevenção da desintegração do metal (VON FRAUNHOFER, 1997). Na corrosão podemos visualizar a formação de uma camada de material não metálico depositado sobre a superfície do metal (CALLISTER, 2008). Quando na cavidade bucal, esta camada resulta em danos às propriedades mecânicas de dispositivos ortodônticos, causando perda de massa e enfraquecimento da estrutura dos mesmos (MATASA, 1995). A utilização e a aplicação de ligas metálicas na odontologia são pesquisas continuas na indústria, todavia vem apresentando diversas questões sem esclarecimento. A corrosão aparece como fator de grande relevância quando se trata das ligas biocompativeis. O aparelho ortodôntico composto por bráquetes, fio, liga e bandas, ver Figura 2, tem nos bráquetes de Edgewise, que foi proposto por Angle em 1928, um dos componentes mais importantes que constitui o aparelho, e mesmo sofrendo inúmeras alterações no decorrer do tempo, com mudanças na formas e tipos, porém o metálico continua sendo o mais utilizado. Diante do aparecimento de pacientes que apresentavam alergias ao níquel presente na liga inoxidável, novos materiais começaram a ser estudados e utilizados na confecção do mesmo(ANUSAVICE, 1998; JASON, 1998; MENESES, 2004). Na confecção os aparelhos devem ser produzidos, de tal forma que as dimensões internas do encaixe do “slot” sejam precisas, pelo menos em milésimos de polegadas. Além de possuir resistência à deformação provenientes da força mastigatória as quais estão submetidos. O aço inoxidável austenítico (AISI aço inoxidável tipo 304) é o mais utilizado na confecção dos bráquetes, ele apresenta na sua constituição 18% de cromo, 8% de níquel, 2 a 3% de molibdênio baixo conteúdo de carbono (PLATT, GUZMAN, et al., 1997), demonstramos a composição do aço austenítico. A fabricação dos dispositivos metálicos utilizados durante o tratamento ortodôntico é confeccionada com aço inoxidável do tipo austenítico que, entre outros metais, contém em sua liga cerca de 8% de Níquel e 18% de Cromo (SÓRIA, MENEZES, et al., 2005). Mesmo contando com uma boa resistência à corrosão, quando se leva em consideração as condições em que estas ligas estão submetidas na cavidade bucal, essa resistência se torna questionável (BISHARA, BARRETT e SELIM, 1993). Esse tipo de aço apresenta como característica a boa resistência mecânica e tenacidade, resistência ao calor e a corrosão o que o torna excelente o seu uso nos bráquetes odontológicos. (COLPAERT, 1974) Contudo, a cavidade oral é um ambiente hostil e favorável ao ataque corrosivo devido fenômenos enzimáticos e microbiológicos que aceleram a corrosão (MAIJER e SMITH, 1981). A troca iônica do biomaterial instalado no corpo humano em contato com tecidos e líquidos corpóreos vem sendo estudada devido à possibilidade dos resíduos ou produtos de degradação estimular uma reação de corpo estranho ou desencadeie a processos patológicos (ELIADES, TRAPALIS, et al., 2003). A opção de usar acessórios que apresentem menor biodegradação reduz o risco a saúde, já que estes tendem a liberar menos íons metálicos para o meio intrabucal. Tendo em vista o grande uso de aparelhos ortodônticos e o grande número de fatores que influenciam na biodegradação de seus componentes, o presente estudo teve a intenção de investigar, in vitro, o processo de corrosão de bráquetes e utilizados na montagem do aparelho odontológico, sendo estes submetidos ao envelhecimento químico a presença de ácido lático.

Material e métodos

O estudo foi realizado segundo a norma ISO 102712001, que trata da metodologia de testes de corrosão do material metálico de uso odontológico. As amostras foram compostas por 16 bráquetes metálicos, divididos em 4 grupos de 2 bráquetes, com quatro marcas comerciais diferentes (Morelli, Eurodonto, Orthometric e Aditec). Os bráquetes de pré-molar, com gancho, foram removidos de suas embalagens e realizada escovação com dentifrício limpeza e em água corrente, em seguida foi realizado banho ultrassônico por 5 min (ZINELIS, ANNOUSAKI, et al., 2005), secos em estufa a 100°C (±2). Após serem pesados, em balança de precisão de 5 digitos, foram montados simulando a instalação em paciente recebendo o arco ortodôntico, aferido no mesmo tamanho de 1,5 cm, que auxiliou a introdução e remoção do bráquete do interior do Elermayer de 50 mL e ligadura que fixou o arco ortodôntico no bráquete. Em seguida foi realizada a primeira caracterização no MEV/EDS, em seguida o conjunto bráquete, fio, ligadura foram submersos em ácido lático no Elermayer de 50mL por 30 dias com temperatura controlada em 37° ± 2, em estufa. As amostras foram identificadas com as inicias das marcas. Após 30 dias essas amostras foram removidas lavadas em água corrente, escovadas com dentifricio, banho ultrassônico, secas em estufa a 100°C (±2) e analisadas pela segunda vez no MEV/EDS. O ácido lático é um composto orgânico utilizado em vários setores industriais, o alimentício, funcionando como conservante, acidulante, flavorizante, aromatizante e emulsificador; em indústrias farmacêuticas, na produção de cosméticos, pomadas, no transporte de fármacos e etc. Nos estudos pesquisados que avaliam o processo de corrosão em bráquetes odontológicos, poucos pesquisadores se preocupam em avaliar alterações de massa de acessórios submetidos à agressão do meio (TOMS, 1988), apesar de ser este o método mais antigo para avaliar a corrosão ainda é um método muito eficiente, devido à possível formação da camada passivada que ocorre na superfície do bráquete quando submetido à ambiente agressivo. No presente estudo realizamos a secagem e pesagem individual de cada bráquete antes e após a simulação no meio agressivo, com a intenção de eliminar qualquer interferência da água durante a pesagem. Análise realizada no laboratório de Engenharia de Materiais do IFPA, campus Belém, com os aparelhos: Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) obtivemos 48 imagens que serão utilizadas comparando-as imagens antes e após a simulação in vitro. O Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) tem sido utilizado em muitos estudos para avaliação da superfície dos bráquetes, se mostrando adequado para avaliação qualitativa do polimento superficial e características destas superfícies (KAPUR, SINHA e NANDA, 1999) (ZINELIS, ANNOUSAKI, et al., 2005) (WATANABE e WATANABE, 2003), No presente estudo avaliou-se através de microfotografias obtidas do MEV, a superfície do fundo do slot e de bráquetes metálicos de diferentes fabricantes.

Resultado e discussão

As superfícies dos bráquetes odontológicos inicialmente parecem lisas, porém ao serem analisadas por microscopia eletrônica de varredura ficam evidentes as imperfeições. Com a obtenção das micrografias no MEV/EDS é possível identificar as imperfeições que o metal sofre, bem como os defeitos de fabricação. Essas imperfeições superficiais provavelmente servem de nicho bacteriano e conseqüentemente podem acelerar o processo corrosivo. Vários autores como Maijer & Smith (1981, 1986), Matasa (1995), e Eliades & Athanasiou (2002), em análises superficiais de amostras isoladas de bráquetes convencionais detectaram defeitos semelhantes aos encontrados nas amostras analisadas por este estudo, tais como poros, fendas e superfícies irregulares. Estes autores consideram tais defeitos como áreas mais susceptíveis à corrosão. Segundo Eliades & Athanasiou (2002) a presença de poros na superfície dos acessórios ortodônticos já pode, na realidade, caracterizar um processo de corrosão puntiforme antes mesmo de o material ser submetido ao meio bucal ou a ensaios de corrosão in vitro. No presente estudo a caracterização superficial através do MEV e EDS permitiu identificarmos o melhor resultado para a amostra Morelli e Aditek, apresentando superfície com a menor quantidade de poros e ranhuras. A análise da pesagem, seguida de secagem antes e após o experimento in vitro, sugere que ocorreu ganho de massa para a amostra Morelli em media de 6 %, indicando provável formação da camada passivada. As amostras da marca Aditek obtiveram uma diferença de massa desprezível com perda de massa com média de 0,3%, as demais amostras apresentaram possível de perda de massa na ordem de 3,28% para Eurodonto e 2,21% para a amostra Orthometric, indicando a possível formação do produto de corrosão As imagens foram obtidas da junção das aletas superiores que formam a parede do “slot”. Nas imagens foi verificada em todas as marcas a presença de imperfeições de fabricação. No aumento de 500X nota-se a presença de poros e ranhuras o que provavelmente facilita o aparecimento do processo corrosivo. A composição química das amostras avaliada pelo EDS indica que todas as marcas pesquisadas utilizam o aço austenítico na sua fabricação. As variações das porcentagens de cromo e do níquel e a presença de alguns outros elementos de liga em cada marca analisada relacionam-se provavelmente, ao processo de fabricação industrial. Provavelmente a presença dos elementos Cr e Ni em maior quantidade na composição química das amostras Morelli e Aditek proporcionam melhor resposta ao teste realizado. A amostra Morelli apresentou o melhor acabamento superficial, quanto a lisura, com menos poros, seguida das amostras Aditek e Eurodonto. A superfície com maior quantidade de ranhuras e poros foi a amostra Ortometric. A grande procura pelo tratamento ortodôntico trouxe junto a preocupação com os efeitos da utilização desse material. A liga mais comum de uso nos bráquetes odontológicos é o aço inoxidável austenítico, a utilização dessa liga decorre das suas principais características como resistência mecânica, resistência à corrosão e a biocompatibilidade. Os aços inoxidáveis podem ser classificados em cinco famílias: austeníticos, martensíticos, ferríticos, duplex (ferrítico-austenítica) e endurecíveis por precipitação (LO, SHEK e LAI, 2009). Essas ligas contêm ferro (Fe) e cromo (Cr)(COSTA E SILVA, 2006). O aço inoxidável austenítico é comumente usado na fabricação de aparelhos e arcos ortodônticos, devido ao seu baixo custo e propriedades mecânicas (ductilidade e resistência). Apesar da sua elevada resistência à corrosão, característica intrínseca aos aços austeníticos, estes materiais podem no meio oral, com o baixo pH, sofrerem corrosão devido aos íons clorídricos o que leva a liberação de íons níquel e cromo (KAPILA e SACHDEVA, 1989) (LUCAS e LEMONS, 1992)(PLATT JA, 1997) O ataque eletrolítico pareça ser a maior causa da corrosão, as bactérias e seus produtos de degradação celular, e interações seletivas com gases tais como oxigênio e dióxido de carbono podem contribuir com a degradação das materiais instalados na cavidade oral. A grande população de bactérias e fungos presentes na boca pode acelerar a corrosão dos aparatos ortodônticos metálicos. Ácidos orgânicos e enzimas em particular também podem afetar os vários metais e o pH do ambiente onde os aparatos estão instalados e têm grande influência no padrão de corrosão (MAIJER e SMITH, 1981). A biocompatibilidade é definida como a capacidade do material interagir com os tecidos e o meio orgânico e produzir resposta favorável aos tecidos e células do hospedeiro sob uma utilização específica(RATNER, 2004). O contato físico entre os tecidos humanos e o material metálico deve gerar uma resposta química e biológica favorável, isto é não deve causar reações alérgicas, tóxicas, inflamatórias, mutagênicas e carcinogênicas (HERMANAWAN, RAMDAN e DJUANSJAH, 2011). Em relação aos materiais utilizados como biomateriais, torna-se fundamental abordar as formas de interação entre a superfície do implante e os tecidos adjacentes. Entre os diferentes tipos de matérias-primas disponíveis para a obtenção de biomateriais, a classe dos metais destaca-se por apresentar excelente desempenho mecânico, como alta resistência à fadiga e à fratura. Devido a estas características, os metais têm sido amplamente utilizados como componentes estruturais visando à substituição, reforço ou estabilização de tecidos rígidos, os quais são constantemente submetidos a altas cargas de tração e compressão. Neste âmbito, as aplicações mais comuns incluem fios, parafusos e placas para fixação de fraturas, implantes dentários e próteses para substituição de articulações (SUMITA, HANAWA e TEOH, 2004) (POINERN, BRUNDAVANAM e FAWCETT, 2012). Os biomateriais fundamentalmente, devem ser biocompatíveis, de forma a não produzir reações inflamatórias, tóxicas ou alérgicas. Ainda, devem ser quimicamente estáveis e apresentar apropriada resistência à corrosão, a fim de prevenir a degradação no ambiente biológico. No caso de implantes ósseos, alta força de adesão entre os osteoblastos e o implante é requerida. Adequadas propriedades mecânicas, como módulo de elasticidade similar ao do osso humano e resistência à fadiga, também devem ser consideradas. Resistência a corrosão A preocupação com o processo de corrosão de aparelhos ortodônticos na cavidade bucal tem sido discutido e pesquisado há um bom tempo. Pesquisas realizadas levando em consideração os produtos da corrosão e a sua absorção pelo organismo, e seus possíveis efeitos locais ou sistêmicos; e a influência da corrosão nas propriedades físicas e no desempenho clínico dos acessórios ortodônticos (HOUSE, SERNETZ, et al., 2008). Os aparatos ortodônticos ficam muito mais expostos a agressão devido ao seu sítio de utilização, recebendo agressão continua. Existem diferentes formas de corrosão que podem atacar as ligas utilizadas na ortodontia (VAN VLACK, 1984). Os principais produtos de corrosão do aço inoxidável são o Fe, Cr e Ni, com níquel e cromo apresentando potencial alergênico e tóxico. A corrosão dos bráquetes pode causar um aumento na quantidade de íons metálicos no organismo (GRIMSDOTTIR, GJERDET e HENSTEN-PETTERSEN, 1992). Corrosão por atrito acelerado por vibrações diferenciais na zona interfacial, ocorre em áreas de contato entre os materiais que sofrem pressão, no nosso estudo a área de contato entre o “slot” do bráquete e o fio.

Conclusões

Os bráquetes sofrem alterações em sua superfície quando expostos às condições adversas presentes no meio bucal. As liberações de íons da maioria dos biomateriais metálicos provocam efeitos nocivos ao corpo humano. E com a grande variedade de ligas para bráquetes que estão disponíveis no mercado exige-se que o profissional, Cirurgião Dentista, conheça suas características estruturais e com isso utilize-a com responsabilidade, levando em conta as possibilidades alergênicas que o material pode apresentar em contato com tecido ou fluido humano. Inicialmente, após primeira analise em MEV, já identificamos a presença de poros, “defeitos” na superfície dos bráquetes, apresentando essas alterações provenientes de fabricação. Onde provavelmente se iniciara a degradação do bráquete. O sítio específico do bráquete que está mais susceptível a ação da corrosão localiza-se na área do “slot”, no qual ocorre o atrito entre bráquete e fio. Após a análise por MEV, EDS e análise de massa das amostras realizadas após o envelhecimento em ácido lático obtivemos dados suficientes para avaliar a eficiência do material empregado na fabricação dos bráquetes, o qual demonstra que a amostra da marca Morelli apresentou aumento de massa, indicando a formação da camada passivada, a amostra Aditek apresentou diferença de massa desprezível, já as demais amostras Orthometric e Eurodonto, apresentaram diminuição de massa, indicando a provável formação de produto de corrosão. A amostra Morelli apresentou os melhores resultados quanto a lisura superficial e a formação da camada passivada. Já amostra Ortometric com resultado inferior quanto a lisura superficial, apresentou maior quantidade de poros, e a perda de massa, o que ocorreu provavelmente em decorrência do baixo teor de Cr e Ni. Diante disto, os resultados da metodologia proposta demonstraram a melhor atuação dos bráquetes da marca Morelli, seguido pelas marcas Aditek, Eurodonto e Orthometric.

Agradecimentos

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