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Ariana Pulido Guerrero
ESTUDO COMPARATIVO DAS FORÇAS DE ATRITO
PRODUZIDAS EM DIFERENTES TIPOS DE BRACKETS
CERÂMICOS
Curitiba
2006
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ii
Ariana Pulido Guerrero
ESTUDO COMPARATIVO DAS FORÇAS DE ATRITO
PRODUZIDAS EM DIFERENTES TIPOS DE BRACKETS
CERÂMICOS
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-
Graduação em odontologia da Pontifícia
Universidade Católica do Paraná, como parte
dos requisitos para a obtenção do Título de
Mestre em Odontologia, Ortodontia.
Orientador: Prof. Dr. Sérgio Vieira
Co-orientador: Prof. Dr. Odilon Guariza Filho
Curitiba
2006
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iii
DEDICO
À DEUS,
Por ser o guia da minha vida, ajudando-me a conquistar os meus sonhos,
e dando-me a coragem necessária para não desistir deles. Por cuidar de mim
em todos os momentos em que estive longe da minha família, encher meu
coração de alegrias e nunca permitir que me sentisse sozinha.
AOS MEUS PAIS,
Lucila e Hildemaro, por serem o maior exemplo de perseverança e
dedicação que conheço. Pela ajuda e o amor incondicional, as palavras de
alento sempre que preciso e os conselhos muito oportunos. Obrigada por serem
um modelo exemplar a seguir, com muito orgulho e admiração.
AOS MEUS IRMÃOS,
Karina, Alex, Alejandro, Daniel e Rosa, por me apoiarem nas minhas
decisões, pelo carinho e atenções com que sou recebida cada vez que volto
para casa, por se preocuparem comigo e fazerem parte da minha vida.
i
v
AGRADECIMENTO ESPECIAL
Aos professores Dr. Sérgio Vieira e Dr. Odilon Guariza Filho, pela
orientação, amizade, paciência, apoio e importante ajuda na realização deste
trabalho.
MUITO OBRIGADA
v
AGRADECIMENTOS
Aos professores Drª. Elisa Souza Camargo, José Henrique Gonzaga de
Oliveira, e Dr. Orlando Tanaka pela oportunidade de realização deste Curso, as
excelentes contribuições para a minha formação e o incentivo na busca do
conhecimento e de superação.
À PUCPR, pela bolsa de estudo que ajudou na realização deste curso.
Aos meus colegas de turma: Camila Del Moro, Betina do Rosário Pereira,
Ivan Toshio Maruo, Karine Kimak Salmória Stevão, Leandro Teixeira de Souza,
Roger Thronicke Rodrigues, e Thaís Gelatti Bortoly, pela ajuda nas correções e
aperfeiçoamento do meu português, as muitas experiências compartilhadas, as
risadas e pelo carinho e a amizade. Já estou com saudades.
Aos professores Dr. Sérgio Aparecido Ignácio, Dr. Rodrigo Nunes Rached
e professores das áreas conexas pela ajuda, contribuição no aperfeiçoamento
deste trabalho e conhecimentos transmitidos.
À secretária do Programa de Pós-Graduação em Odontologia da PUCPR,
Neide Reis Borges, à funcionária da Clínica de Ortodontia da PUCPR, Silvana
Casagrande Gabardo, por serem sempre tão prestativas e atenciosas.
Ao estagiário Renato Cavanha Almeida pela amizade, atenção e auxílio
na realização dos testes mecânicos deste trabalho.
MUITO OBRIGADA
SUMÁRIO
1. ARTIGO EM PORTUGUÊS..............................................................................2
PÁGINA DE TÍTULO......................................................................................................................... 3
RESUMO ............................................................................................................................................ 4
INTRODUÇÃO................................................................................................................................... 5
MATERIAL E MÉTODO.................................................................................................................... 7
Amostra........................................................................................................................................... 7
Corpos de Prova ............................................................................................................................. 8
Teste de Atrito................................................................................................................................. 9
Análise Estatística........................................................................................................................... 9
RESULTADOS ................................................................................................................................... 9
DISCUSSÃO..................................................................................................................................... 12
CONCLUSÕES................................................................................................................................. 16
REFERÊNCIAS ................................................................................................................................ 17
2. ARTIGO EM INGLÊS .....................................................................................20
TITLE PAGE..................................................................................................................................... 21
ABSTRACT ...................................................................................................................................... 22
INTRODUCTION ............................................................................................................................. 23
MATERIAL AND METHODS.......................................................................................................... 24
Sample .......................................................................................................................................... 24
Testing Samples............................................................................................................................. 25
Friction Test.................................................................................................................................. 26
Statistic Analysis ........................................................................................................................... 27
RESULTS ......................................................................................................................................... 27
DISCUSSION.................................................................................................................................... 29
CONCLUSIONS ............................................................................................................................... 33
REFERENCES.................................................................................................................................. 34
3. ANEXOS.........................................................................................................37
ANEXO I – MATERIAL E MÉTODOS.................................................................................................... 38
Corpos de Prova ........................................................................................................................... 38
ANEXO II – RESULTADOS – TABELA E GRÁFICOS .............................................................................. 39
ANEXO III- NORMAS DO AMERICAN JOURNAL OF ORTHODONTICS & DENTOFACIAL ORTHOPEDICS..... 41
2
1. ARTIGO EM PORTUGUÊS
3
PÁGINA DE TÍTULO
ESTUDO COMPARATIVO DAS FORÇAS DE ATRITO
PRODUZIDAS ENTRE BRACKETS CERÂMICOS E FIOS
ORTODÔNTICOS DE DIFERENTES LIGAS
Ariana Pulido Guerrero
1
Sérgio Vieira
2
Odilon Guariza Filho
3
Endereço para Correspondência:
Prof. Dr. Sérgio Vieira
Pontifícia Universidade Católica do Paraná
Mestrado em Odontologia – Ortodontia
Rua Imaculada Conceição, 1155
Cep: 80215-901 Curitiba – Paraná – Brasil
Telefone: 55 41 3271-1637
Fax: 55 41 3271-1405
1
Mestranda em Odontologia, Área de Concentração em Ortodontia pela
Pontifícia Universidade Católica do Paraná.
2
Professor Titular do Curso em Odontologia da Pontifícia Universidade Católica
do Paraná.
3
Professor Adjunto I do Curso de Odontologia da Pontifícia Universidade
Católica do Paraná.
4
RESUMO
Introdução: O objetivo deste trabalho foi avaliar, in vitro, as forças de atrito
produzidas em brackets cerâmicos. Métodos: Foram realizados testes de atrito
em três brackets cerâmicos: monocristalino (Inspire ICE
TM
), policristalino (InVu
®
)
e policristalino com slot metálico (Clarity
TM
), e um bracket metálico (Dyna-
Lock™). Foram testados 30 brackets de cada um, todos com slot 0,22”, em
cominação com fios de aço inoxidável e de níquel titânio com .019” x .025” de
espessura a 0 e 10º de angulação, submergidos em saliva artificial. Resultados:
Houve diferença estatisticamente significante entre os grupos de brackets e fios
testados (p<0,05). Os brackets metálicos apresentaram os valores mais baixos
de atrito. Os policristalinos com slot metálico apresentaram valores de atrito
semelhantes aos policristalinos convencionais, e os monocristalinos as maiores
força de atrito. Os fios de níquel titânio produziram as forças de atrito mais
baixas. Conclusões: Os brackets metálicos geram as menores forças de atrito.
A incorporação de slots metálicos nos brackets policristalinos não reduz
efetivamente o atrito. Os fios de níquel titânio geram menor atrito que os fios de
aço inoxidável.
5
INTRODUÇÃO
Mais de 70 anos transcorreram desde a criação dos brackets metálicos
de aço inoxidável,
1
no entanto, estes acessórios continuam sendo até hoje, os
mais utilizados na Ortodontia. As propriedades físicas que este material oferece
como alta dureza, baixa tenacidade à fratura, superfície polida e baixo
coeficiente de atrito conferem aos brackets metálicos, melhores qualidades de
trabalho em relação aos brackets plásticos e cerâmicos.
1,2,3
Porém, sua principal
desvantagem é não ser um material estético.
Atualmente os brackets cerâmicos representam uma alternativa estética,
principalmente para os pacientes adultos. No entanto o seu uso é limitado, pois
eles apresentam propriedades de alta dureza produzindo desgaste do esmalte
quando em contato com um dente antagonista, são friáveis fraturando com
maior facilidade, e apresentam maior coeficiente de atrito, aumentando assim a
resistência ao deslizamento.
4
Embora os fabricantes estejam aprimorando as
propriedades dos brackets cerâmicos, estes continuam sendo mecanicamente
inferiores quando comparados aos brackets metálicos.
1,5,6
O elevado coeficiente de atrito dos brackets cerâmicos é um fator que
pode comprometer o desempenho do tratamento ortodôntico, uma vez que até
60% da força aplicada para a realização da movimentação dentária pode ser
perdida como conseqüência da resistência ao deslizamento gerada,
7-10
resultando em um tratamento mais prolongado.
No tratamento ortodôntico, quando uma força é aplicada sobre um dente,
esta é transmitida ao conjunto bracket-fio-ligadura e às estruturas do dente. O
6
contato entre as superfícies deste conjunto gera uma força contrária ao
movimento desejado denominada de atrito.
11,12
Na ausência de inclinações e
rotações dentárias, ou seja, interferências, só o atrito clássico é
observado.
11,13,14
Os fatores que influenciam este atrito clássico são
principalmente o coeficiente de atrito das superfícies do conjunto e a força
aplicada sobre estas.
12
Quando rotações e inclinações estão presentes, a
resistência ao deslizamento passa a ser a soma do atrito clássico, mais a
deformação elástica (binding) e a deformação plástica (notching) provocadas no
fio.
As deformações elásticas, e as deformações plásticas são criadas
quando ocorre deflexão do fio, formando no mesmo, ângulos críticos e danos na
sua superfície respectivamente.
11,14,15
As deformações plásticas são mais
severas com o uso de brackets cerâmicos devido à dureza e à rugosidade da
superfície,
3,8
e os danos produzidos nos fios são três vezes maiores que os
observados com os brackets metálicos.
8
A incorporação de slots metálicos nos brackets cerâmicos, assim como o
arredondamento dos ângulos das paredes do slot e o uso de glaze nas
superfícies dos mesmos são medidas tomadas para melhorar os níveis de atrito
produzido entre os brackets estéticos e os fios ortodônticos.
O objetivo deste trabalho foi avaliar, in vitro, as forças de atrito produzidas
por três tipos de brackets cerâmicos em combinação com diferentes ligas de fios
ortodônticos.
7
MATERIAL E MÉTODO
Amostra
Testes de atrito foram realizados em três brackets cerâmicos:
(policristalino com slot metálico, policristalino, e monocristalino), e um bracket
metálico o qual foi utilizado como controle (figura 1).
Fig 1. Brackets descritos na tabela 1.
Material Composição n
BRACKET
*A-DynaLock / .022" metálico/aço-inox 30
*B-Clarity / .022" policristalino/
slot
metalico 30
**C-InVu / .022" cerâmico/policristalino 30
***D-Inspire Ice / .022" cerâmico/monocristalino 30
FIO
**** .019" x .025" aço-inox 120
**** .019" x .025" níquel titânio 120
* 3M Unitek Orthodontic Product, Monrovia, Califórnia
** Ormco Corporation, Glendora, Califórnia
*** TP Orthodontics, LaPorte, Indiana
**** GAC International Inc., New York
Tabela 1. Materiais da pesquisa
Em todos os grupos foram utilizados brackets de segundo pré-molar
superior direito com slot .022”, prescrição Roth. Os brackets foram testados em
combinação com fios retangulares de dois tipos de ligas: aço inoxidável e níquel
titânio .019” x .025” (tabela 1, pág. 7). Cada bracket foi utilizado quatro vezes e
cada fio duas vezes.
8
Corpos de Prova
Os corpos de prova foram confeccionados fixando-se o bracket a uma
base de acrílico de 6 cm de altura x 3 cm de largura x 6 mm de espessura com
resina epóxica (Durepoxi
®
, Alba, Campo de Boituva, Brasil), de forma
padronizada (Figura 1 e 2, anexo I, pág. 40) e orientando os slots no sentido
longitudinal sem angulação ou com 10º de angulação. Os segmentos de fios
ortodônticos de 6 cm de comprimento foram apreendidos dentro dos slots dos
brackets por meio de ligaduras elásticas Super Slick
®
.
Foi confeccionado um dispositivo para a realização dos testes em saliva
artificial (Figura 2). Este dispositivo consiste em um uma cuba metálica com
paredes de acrílico para conter a saliva. A base metálica apresenta um canal de
encaixe na sua parte central interna onde é adaptado o corpo de prova, com o
auxílio de dois parafusos.
Fig 2. Dispositivo para realização dos testes em saliva artifi-
cial e corpo de prova adaptado a maquina de ensaios EMIC
.
9
Teste de Atrito
Antes da realização dos testes, os corpos de prova foram limpos com
álcool 70% para eliminar qualquer resíduo, e posteriormente imersos em saliva
artificial por 5 min para total lubrificação do conjunto bracket-fio-ligadura.
O dispositivo para teste foi adaptado à base da máquina de ensaios
(EMIC
®
DL-500, São José dos Pinhais, Brasil). Os fios ortodônticos foram
tracionados ao longo dos slots por uma garra conectada à célula de carga à
velocidade de 10 mm/min. A posição da garra foi padronizada à distância de 2
cm da base de acrílico do corpo de prova. A célula de carga de 10 kg registrou
os valores correspondentes ao atrito estático em Newton (N).
Análise Estatística
Para avaliar os resultados obtidos utilizou-se a análise de variância
ANOVA a três critérios de classificação, modelo fatorial completo. Inicialmente
testou-se o pressuposto de normalidade da variável atrito para todos os
tratamentos (teste de normalidade de Kolmogorov-Smirnov) e de
homogeneidade de variância entre os tratamentos (teste de Levene). Desta
forma quando ANOVA indicou diferença estatisticamente significante utilizou-se
o teste de comparações múltiplas de Games-Howell para variâncias
heterogêneas visando identificar quais tratamentos diferiram entre si.
RESULTADOS
Dos 16 tratamentos estudados (tabela 1, anexo II, pág. 42), 5 deles não
acusaram distribuição normal, uma vez que p<0,05. O teste de Levene indicou
10
não existir homogeneidade de variância entre os tratamentos.
As tabelas 2 (pág. 10), 3 (pág. 11), e 4 e 5 (pág. 12) apresentam as
estatísticas descritivas para a variável atrito estático segundo bracket, angulação
e fio. Para cada um dos tratamentos analisados foram obtidos a média, a
mediana e o desvio padrão. A ANOVA indicou existir diferença estatisticamente
significante (p<0,05).
A tabela 2 (pág. 10) apresenta as estatísticas descritivas da variável atrito
estático segundo bracket, fio e angulação 0. Observou-se que o grupo que
mostrou a menor média de atrito foi o bracket metálico Dyna-Lock™ em
combinação com o fio de aço, o qual apresentou diferença estatisticamente
significante em relação aos outros tratamentos (p<0,05). Não houve diferença
estatisticamente significante nas combinações Clarity
TM
com o fio de aço e de
Ni-Ti, Dyna-Lock™ com o fio de Ni-Ti, e InVu
®
com fio de aço e de Ni-Ti. As
maiores médias foram observadas no Inspire ICE
TM
com ambas as ligas, e no
Clarity
TM
com o fio de Ni-Ti, apresentando diferença estatisticamente significante
em relação aos outros tratamentos (p<0,05).
Tabela 2. Estatísticas descritivas da variável atrito estático (N)
VARIÁVEL n MÉDIA MEDIANA D P
DynaLock / Aço - 0º 30 2.79 2.81 0.51
Clarity / Aço - 0º 30 3.41 3.25 0.73
DynaLock / Ni-Ti - 0º 30 3.41 3.34 0.76
InVu / Ni-Ti - 0º 30 3.38 3.42 0.49
InVu / Aço - 0º 30 3.74 3.69 0.50
Clarity / Ni-Ti - 0º 30 4.02 3.95 0.65
Inspire / Ni-Ti - 0º 30 4.24 4.04 0.64
Inspire / Aço - 0º 30 4.53 4.51 0.68
segundo brack et , fio, e angulação 0 grau
A tabela 3 (pág. 11) apresenta as estatísticas descritivas da variável atrito
estático segundo bracket, fio e angulação de 10º. Observou-se que neste grupo,
11
o comportamento dos fios foi diferente em relação aos brackets sem angulação,
quando comparados entre si. A menor média foi observada no bracket metálico
Dyna-Lock™ com a liga de Ni-Ti, apresentando diferença estatisticamente
significante em relação aos outros grupos, seguido pelo InVu
®
com o Ni-Ti.
Continuando em ordem crescente, não houve diferença estatisticamente
significante entre o Dyna-Lock™ com o fio de aço, e o Clarity
TM
e o Inspire ICE
TM
com o fio de Ni-Ti. Observaram-se as maiores médias nos brackets Inspire
ICE
TM
, Clarity
TM
, e InVu
®
em combinação com o fio de aço, apresentando
diferença estatisticamente significante (p<0,05).
VARIÁVEL n MÉDIA MEDIANA D P
DynaLock / Ni-Ti -10º 30 5.09 4.95 0.67
InVu / Ni-Ti - 10º 30 7.54 7.50 0.42
DynaLock / Aço - 10º 30 9.14 8.54 1.33
Clarity / Ni-Ti - 10º 30 8.40 8.66 1.19
Inspire / Ni-Ti - 10º 30 8.63 8.72 0.69
Inspire / Aço - 10º 30 10.91 10.81 1.02
Clarity / Aço - 10º 30 11.54 11.62 0.83
InVu / Aço - 10º 30 11.56 11.68 0.88
segundo brack et,
fio, e angulação de 10 graus
Tabela 3.
Estatísticas descritivas da variável atrito estático (N)
As tabelas 4 e 5 (pág. 12) apresentam as estatísticas descritivas para a
variável atrito estático segundo fios e angulação. Houve diferença
estatisticamente significante entre os tratamentos (p<0,05). Observou-se que
entre as ligas utilizadas, o fio de Ni-Ti apresentou a menor média e que a força
de atrito aumentou em aproximadamente o dobro nestes fios e três vezes na liga
de aço quando a angulação foi variada de o a 10 graus.
12
Tabela 4.
Estatísticas descritivas d
a
FIO n
MÉDIA MEDIANA D P
Aço 240 7.20 5.98 3.78
Ni-Ti 240 5.59 4.78 2.22
variável atrito estático (N) segundo fios
ANG n
MÉDIA MEDIANA D P
0º 240 3.69 3.64 0.81
10º 240 9.10 9.09 2.27
variável atrito estático (N) segundo ang.
Tabela 5.
Estatísticas descritivas da
DISCUSSÃO
Quando as superfícies de dois corpos entram em contato, primeiro a
força de atrito estático produzida deve ser superada para poder iniciar o
movimento entre eles, e posteriormente a de atrito dinâmico, para manter os
corpos em movimento, a qual é sempre mais baixa que a estática. A
movimentação dentária não é um evento contínuo ou constante, ocorrendo
muito lentamente e em pequenas distâncias.
16-18
Por conseguinte, o estudo da
força de atrito estático é mais relevante neste trabalho.
Existe na literatura muita divergência nos trabalhos que têm estudado as
forças de atrito produzidas pelas diferentes ligas dos fios ortodônticos e brackets
devido à diversidade das metodologias,
1,5,6
utilização de ligas de diferentes
marcas,
19
diferentes combinações de brackets e fios, uso de saliva ou
substitutos,
20
ou realização dos testes em meio seco e simulação ou não de
angulações de segunda e terceira ordem.
2,6,9,18
Isto dificulta a comparação dos
resultados de outras pesquisas com os deste trabalho.
Estudos têm mostrado que o uso repetido de materiais com brackets e
fios ortodônticos na realização de testes de atrito não repercute nos resultados,
2
nem se estabeleceu uma tendência de aumento ou diminuição do atrito com o
mesmo.
21,22
A velocidade de deslizamento do fio ao longo do slot do bracket utilizada
13
nesta pesquisa foi semelhante à de outros trabalhos,
18,23,24
tendo sido reportado
que uma variação da velocidade de deslizamento de 10 a 10
-4
mm/min tem
pouca repercussão na força de atrito gerada.
25
No presente estudo, todos os testes foram realizados em saliva artificial
para melhor simular as características da cavidade bucal, portanto não foram
realizadas comparações com testes em meio seco. Os lubrificantes atuam de
forma diferente de acordo com o tipo de liga.
21
Nos fios de aço, a saliva reage
com a camada de óxido de cromo que confere ao fio um coeficiente de atrito
baixo, produzindo alteração na tensão superficial do mesmo, e
conseqüentemente um efeito adesivo, aumentando a força de atrito.
26
Já nos
fios de Ni-Ti, a saliva tem efeito lubrificante evitando o contato forte entre as
superfícies.
26,27
No presente trabalho todos os testes foram realizados com
lubrificante e os fios de Ni-Ti apresentaram as melhores medias de atrito.
No estudo dos fios em relação à angulação, os resultados deste estudo
estão de acordo com outras pesquisas nas quais foi observada força de atrito
semelhante ou ligeiramente menor nos fios de aço em relação aos fios de Ni-Ti
quando não existe angulação de segunda ordem.
5,6,21,26,28
Quando angulações
de segunda ordem são incorporadas, a força de atrito aumenta
proporcionalmente, assim como a diferença entre as ligas, sendo mais alta a
produzida pelo aço.
29,30
Mesmo apresentando maior rugosidade, os fios de Ni-Ti
geram força menor de atrito com estas angulações, uma vez que outras
propriedades como dureza e grau de deflexão do fio contribuem para a formação
de contatos menos fortes e diminuem o grau de binding.
27,29,30
Alguns autores
14
não acharam correlação entre o grau de rugosidade do fio e a força de atrito
gerada,
17
mas outras pesquisas têm mostrado resultados contrários.
2,31,32
Diferentes características do fio como a forma e a espessura também
influenciam o grau de atrito gerado. Fios redondos produzem menor atrito que
fios retangulares e fios mais finos, menor atrito que fios de maior espessura.
3,9,10,18,28,29,23,33,34
Diversos fatores referentes aos slots dos brackets como tamanho,
largura, material e superfície, podem influenciar o grau de atrito produzido.
14,15
O
material de que o slot é confeccionado pode ser considerado o fator mais
importante, já que dele depende o coeficiente de atrito que é específico de cada
material.
8
Este trabalho mostra resultados semelhantes a outros estudos que
apresentaram os brackets de aço inoxidável como aqueles que produzem
menores forças de atrito.
2,3,5,26,35
Isto acontece devido às características do
metal, que apresenta baixo coeficiente de atrito e permite bom acabamento da
superfície.
Por essa razão uma das formas de melhorar o atrito nos brackets
cerâmicos é a incorporação de slots metálicos. Muitos trabalhos mostram que
este tipo de bracket apresenta melhores características de atrito que os brackets
cerâmicos convencionais, porém as forças de atrito continuam sendo maiores
que as dos brackets metálicos.
2,6,5,35
No entanto, no presente trabalho os valores
de atrito dos brackets cerâmicos com slots metálicos (Clarity
TM
) foram
semelhantes aos encontrados nos brackets cerâmicos policristalinos (InVu
®
).
Isto pode ser devido a diversos fatores. Alguns estudos têm mostrado que o
15
atrito nos brackets Clarity
TM
aumenta em meio úmido.
23
Também foi observado
com microscopia eletrônica que o slot metálico dos mesmos não mantém uma
largura constante nem se estende até o limite superior do canal de encaixe,
35
assim como também existe uma deficiência na adaptação do slot metálico à
parte cerâmica.
2
Existem resultados divergentes em relação aos brackets cerâmicos mono
e policristalinos. Algumas pesquisas têm mostrado atrito semelhante entre os
brackets policristalinos e os metálicos.
36
Outros trabalhos mostram mesma força
de atrito entre os mono e os policristalinos,
21
ou menor atrito nos policristalinos
do que nos monocristalinos,
32
e também, menor atrito nos monocristalinos.
30
Neste estudo, as maiores forças de atrito foram encontradas nos brackets
cerâmicos monocristalinos. Apesar deles apresentarem a superfície mais polida
e menos porosa que a dos policristalinos, estudos sugerem que a produção de
forças de atrito mais altas seja devida à presença de bordas afiadas e de alta
dureza que são formadas pela intersecção da base e das paredes do slot com
as superfícies externas do bracket.
21
Neste estudo foram utilizadas ligaduras elásticas Super Slick
®
como
método de amarração. A sua seleção foi baseada na facilidade de padronização
e utilização deste material e pela redução do atrito em até 60% na interface
ligadura/fio reportada quando em presença de saliva.
16
Existem poucos estudos
na literatura sobre a efetividade do uso destas ligaduras, e outros estudos têm
mostrado resultados contrários indicando nenhuma diferença com seu uso, ou
até aumento das forças de atrito.
29,37
16
A quantidade de força ortodôntica requerida para a movimentação
dentária vai depender da quantidade de força de atrito gerada, já que esta deve
ser superada. Se o desejado é a aplicação de força leves, os níveis de atrito
devem ser mantidos o mais baixo possível, já que cargas pesadas são mais
difíceis de controlar.
10
A escolha de materiais com baixo coeficiente de atrito,
assim como a combinação certa entre bracket/fio/ligadura é importante para
otimização do tratamento, considerando-se que nem todas as vantagens em
relação às propriedades físicas e mecânicas oferecidas pelos fabricantes são
reais, e que a produção de atrito continua sendo elevada para os brackets
estéticos aqui testados quando comparados com os brackets metálicos. Portanto
os casos a serem tratados com brackets estéticos devem ser selecionados com
atenção para não comprometer a evolução dos mesmos, discutindo com o
paciente as possibilidades de uso e limitações.
CONCLUSÕES
Com base nos resultado deste estudo, pode-se concluir que:
• Os brackets metálicos produzem forças de atrito mais baixas.
• Os slots metálicos nos brackets estéticos Clarity
TM
não reduzem efetivamente os
níveis de forças de atrito.
• Os brackets cerâmicos monocristalinos (Inspire ICE
TM
) geram as forças mais
altas de atrito.
• A resistência ao deslizamento é diretamente proporcional à angulação criada
entre o bracket e o fio.
• Os fios de Ni-Ti apresentaram as medias mais baixas de força de atrito.
17
REFERÊNCIAS
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20
2. ARTIGO EM INGLÊS
21
TITLE PAGE
COMPARATIVE STUDY OF FRICTIONAL FORCES PRODUCED
BETWEEN CERAMIC BRACKETS AND ARCHWIRES OF
DIFFERENT ALLOYS
Ariana Pulido Guerrero
1
Sérgio Vieira
2
Odilon Guariza Filho
3
Correspondence Address:
Prof. Dr. Sérgio Vieira
Pontifical Catholic University of Paraná
Graduate Dental Program – Orthodontics
Rua Imaculada Conceição, 1155
80215-901 Curitiba – Paraná – Brazil
Phone: 55 41 3271-1637
1
Postgraduate Student, Master in Science Program in Orthodontics at the
Pontifical Catholic University of Paraná, Brazil.
2
Senior Professor of the Dental Program at the Pontifical Catholic University of
Paraná, Brazil.
3
Professor of the Dental Program at the Pontifical Catholic University of Paraná,
Brazil.
22
ABSTRACT
Introduction: The aim of this study was to evaluate, in vitro, frictional forces
produced by ceramic brackets. Methods: Frictional tests were performed in
three ceramic brackets: monocrystalline (Inspire ICE
TM
), polycrystalline (InVu
®
),
polycrystalline with metal slot (Clarity
TM
), and one stainless steel bracket (Dyna-
Lock
TM
). 30 brackets of each where tested, all with 022” slots, in combination with
stainless steel and nickel-titanium wires 019” x .025”, at 0 and 10
o
angulation, in
artificial saliva. Results: There was statistically significant difference between the
groups of brackets and wires studied (p<0,05). The metal brackets produced the
lowest friction values, the polycrystalline with metal slot had similar values than
the conventional polycrystalline brackets, and the monocrystalline brackets had
the highest frictional forces. The nickel-titanium wires produced the lowest
friction. Conclusions: Stainless steel brackets produce the lowest friction. The
addition of metal slots in the polycrystalline brackets does not decrease efficiently
friction values. Nickel-titanium wires produce lower friction than stainless steel
ones.
23
INTRODUCTION
Although more than 70 years have passed since the introduction of
stainless steel brackets,
1
they remain the most used in orthodontic practice
nowadays. The high strength, low tenacity, polished surface, and low coefficient
of friction, award metal brackets superior working qualities when compared to
ceramic or plastic ones.
1,2,3
However, their major disadvantage is the lack of
esthetic properties.
Currently ceramic brackets represent an esthetic alternative, especially to
adult patients. Nonetheless, their use is limited, since their hardness can wear
out the enamel of opposite teeth, they are brittle so they can fracture more easily,
and they have a higher coefficient of friction, increasing the resistance to sliding.
4
Despite the companies’ efforts to improve these qualities, ceramic brackets
mechanical properties are still inferior when compared to metal ones.
1,5,6
The high friction coefficient of ceramic brackets is a feature that can
compromise orthodontics treatment performance, in view of the fact that up to
60% of the force applied for dental movement can be lost as the result of the
resistance to sliding produced,
7-10
leading to a longer treatment.
When an orthodontic force is applied to a tooth, this force is transmitted to
the bracket-wire-ligation set and the tooth structures. The contact between the
set surfaces produce a resistance force against the desired movement called
friction.
11,12
When there is clearance and no rotations or inclinations are present,
only classic friction is observed.
11,13,14
What basically influence this classic
friction is the coefficient of friction of the sets surface material and the amount of
24
force applied on it.
12
When no clearance exist, the resistance to sliding is the
result of classic friction plus elastic deformation or binding and plastic
deformation or notching.
Elastic and plastic deformations are created when deflections are induced
to the wire, so critic angles and damages are created on its surface
respectively.
11,14,15
Plastic deformation is more severe with the use of ceramic
brackets due to its hardness and surface roughness,
3,8
and the damage induced
to the wire by them is three times higher than the ones observed with metal
brackets.
8
The addition of metal slots, dulling the edges of the slot, and glazing of the
surface of ceramic brackets are some of the methods used by manufactures to
improve friction values produced between the brackets and the archwires.
The aim of this work is to evaluate in vitro, frictional forces produced by
three types of ceramic brackets: monocrystalline, polycrystalline, and
polycrystalline with metal slots, combined with wires of different alloys.
MATERIAL AND METHODS
Sample
Frictional tests were performed in three ceramic brackets:
(monocrystalline, polycrystalline, and polycrystalline with metal slot), and one
metal bracket (stainless steel), which performed as a control group (fig1, pg 25)
25
Fig 1. Brackets described in table I.
All brackets used were superior right second premolars with .022” slots,
Roth prescription. They were tested in combination with rectangular wires of two
alloys: nickel-titanium and stainless steel 019” x .025” (table I). Each bracket was
tested four times and each wire twice.
Material Composition n
BRACKET
*A-
DynaLock / .022" metal/stainless steel 30
*B-
Clarity / .022" polycrystalline/metal slot 30
**C-
InVu / .022" ceramic/polycrystalline 30
***D-
Inspire Ice / .022" ceramic/monocrystalline 30
WIRE
**** .019" x .025" stainless steel 120
**** .019" x .025" nickel titanium 120
* 3M Unitek Orthodontic Product, Monrovia, Califórnia
** TP Orthodontics, LaPorte, Indiana
*** Ormco Corporation, Glendora, Califórnia
**** GAC International Inc., New York
TABLE I.
Materials used in the study
Testing Samples
All testing samples were built in a standard way by gluing the brackets on
acrylic bases of 3 X 6 cm and 6 mm thick, with epoxy resin (Durepoxi, Alba,
Campo de Boituva, Brazil), with slot tip angulations of 0 and 10
o
. The 6 cm wire
segments were secured into the slots by Super Slick
®
elastomeric ligatures.
A device was built to allow testing in artificial saliva (fig 2, pg 26). This
device consists of a metal base with an internal central slot to place the testing
26
sample, surrounded by acrylic walls with the purpose to contain the saliva, and
testing samples were hold in place with the aid of two lateral screws.
Fig 2. Device used to perform testes in artificial saliva with
testing samples adapted to testing machine EMIC.
Friction Test
Before performing tests, all samples were cleaned with 70% alcohol to
eliminate any residue, and immersed into the saliva for 5 min to ensure complete
lubrication of the bracket-wire-ligature set.
The testing device was adapted to a testing machine (EMIC
®
DL-500, São
José dos Pinhais, Brazil), and wires were pulled through the slots at a crosshead
speed of 10 mm/min by a clamp connected to a load cell. The position of the
clamp was standardized at a distance of 2 cm from the acrylic base and the 10
kg load cell registered the values for static friction in Newton (N).
27
Statistic Analysis
Three-way ANOVA, with full factorial model, was used to evaluate the
results of the study. Initially, tests were conducted to asses normality of the
variable friction for all the groups (Kolmogorov-Smirnov test), and homogeneity of
variance between the groups (Levene test). When ANOVA indicated statistically
significant difference, Games-Howell test for heterogenic variances was used to
identify which treatments differed from one another.
RESULTS
From the 16 groups studied, 5 of them did not accused normal distribution
since p<0.05. Levene test indicated absence of homogeneity of variance
between the groups.
Tables II, III (pg 28), and IV, V (pg 29), show descriptive statistics for the
static friction variant according to brackets, wires, and angulations. For each of
the groups analyzed there was obtained mean, median, and standard deviation
values. ANOVA indicated to exist statistically significant difference between the
groups (p<0,05).
Table II (pg 28) shows descriptive statistics of the variable friction
according to brackets, and wires with no angulations. It was observed that the
metal bracket Dyna-Lock
TM
with the SS wire showed the lowest mean values of
friction with statistically significant difference (p<0.05). There was no difference
between the groups of Clarity
TM
with SS and Ni-Ti, Dyna-Lock
TM
with Ni-Ti, and
InVu
®
with SS and Ni-Ti wire combinations. The highest mean values were
28
observed in the Inspire ICE
TM
bracket with both alloys, presenting statistically
significant difference (p<0.05) in relation to the other groups.
Table II.
Descriptive statistics of the variable static
friction (N) according to bracket and wire with 0º
Variable n Mean S D
DynaLock/SS/0º 30 2.79 0.51
Clarity/SS/0º 30 3.41 0.73
DynaLock/Ni-Ti/0º 30 3.41 0.76
InVu/Ni-Ti/0º 30 3.38 0.49
InVu/SS/0º 30 3.74 0.5
Clarity/Ni-Ti/0º 30 4.02 0.65
Inspire/Ni-Ti/0º 30 4.24 0.64
Inspire/SS/0º 30 4.53 0.68
Table III (pg 28) shows descriptive statistics of the variable static friction
according to brackets, and wires with 10
o
angulation. It was observed that in this
group wires behaved differently with the brackets when compared with the 0
angulation group. The lowest mean value was observed in the Dyna-Lock
TM
and
Ni-Ti wire combination, presenting statistically significant difference (p<0.05),
followed by the InVu
®
with Ni-Ti. Continuing in increasing order, there was no
statistically significant difference between Dyna-Lock
TM
with SS, and Clarity
TM
and Inspire ICE
TM
with Ni-Ti wire combinations. The highest values were
observed in the Inspire ICE
TM
, Clarity
TM
, and InVu
®
brackets with SS wire alloy,
presenting statistically significant difference (p<0.05) .
Variable n Mean S D
DynaLock/Ni-Ti/10º 30 5.09 0.67
InVu/Ni-Ti/10º 30 7.54 0.42
DynaLock/SS/10º 30 9.14 1.33
Clarity/Ni-Ti/10º 30 8.40 1.19
Inspire/Ni-Ti/10º 30 8.63 0.69
Inspire/SS/10º 30 10.91 1.02
Clarity/SS/10º 30 11.54 0.83
InVu/SS/10º 30 11.56 0.88
Table III.
Descriptive statistics of the variable static
friction (N) according to bracket and wire with 10º
Tables IV and V (pg 29) show descriptive statistics of the variable static
friction according to wire and angulation. There was statistically significant
29
difference between the groups (p<0.05). It was observed that between the alloys
tested, Ni-Ti wires produced the lowest mean values, and that friction rose
approximately twice for these wires and three times for the SS ones, when
angulation went from 0 to 10 degrees.
Table IV.
Descriptive statistics of the
variable static friction (N) according to wire
Wire n Mean S D
SS 240 7.20 3.78
Ni-Ti 240 5.59 2.22
Ang n Mean S D
0º 240 3.69 0.81
10º 240 9.10 2.27
Table V.
Descriptive statistics of the
variable static friction (N) according to ang.
DISCUSSION
Initially, the static friction produced between two objects, has to be
overcome in order to start movement between them, and secondly, the dynamic
friction, which is always lower than the static one, so the objects will continue to
move. Dental movement is not a continues event, taking place at a really slow
speed and for very short distances.
16-18
Therefore, the evaluation of the static
friction forces is more relevant in this study.
Studies that evaluate the friction produced by different brackets and wires
diverge a lot due to the variety of methodologies,
1,5,6
tests performed with alloys
from different companies,
19
different brackets and wires combinations, testing
with saliva or substitutes,
20
testing in dry environment, and simulation or not of
second or third order angulations.
2,6,9,18
This makes it difficult to compare the
results of other works with the ones the present study.
According to other researches, the repeated use of materials such as
brackets and wires when performing friction tests in order to evaluate resistance
30
to sliding forces did not influence the outcomes,
2
and it has not been established
a tendency to increase or decrease of friction values with it.
21,22
The sliding speed of the wire through the slot of the brackets used in the
present study was similar to the one used in other works,
18,23,24
considering that
it was reported that a variation on the sliding speed from 10 to 10
-4
have little
effect on the friction produced.
25
In the present study all testes were performed in artificial saliva to better
simulate oral conditions; therefore, comparisons with the dry state were not done.
Lubricants have a different effect depending on the alloy type.
21
In stainless steel
alloys they react with the chromium oxide layer that provides a lower coefficient
of friction to the wire, modifying their surface tension, and consequently
producing an adhesive effect, increasing frictional force.
26
On nickel-titanium
alloys they behave differently providing a lubricating effect that prevents from
creating strong contacts between the surfaces.
26,27
In the study of wires according to angulation, the results of this study are
in agreement with other works where there was observed somewhat lower
values for SS alloys, or SS similar to Ni-Ti wires, when no second order
angulations are present.
5,6,21,26,28
When angulations are incorporated, friction
force values increase in a proportional way and the gap between the alloys
increases too, with the SS wires producing the highest values.
29,30
Despite the
fact that Ni-Ti wires have rougher surfaces, they produce lower friction since
other properties such as hardness and deflection of the wire helps to create
softer contacts and decrease binding.
27,29,30
Some authors did not find a relation
31
between roughness of the wire and the amount of friction created,
17
however
other studies show different results.
2,31,32
Other characteristic of the wire affect
the friction values such as shape and size. Round wires produce less friction
than rectangular ones, and thinner wires have lower values than wider
ones.
3,9,10,18,28,29,23,33,34
Some aspects related to the slot can influence the production of friction
like size, width, and material it is made of.
14,15,
The material the slot is made of is
perhaps the most important one since the coefficient of friction depends on it,
which is specific for each type of material.
8
The present study shows similar
results to other researches that point stainless steel brackets as those who
produce the lower frictional forces.
2,3,5,26,35
This is attributable to the physical
properties of the metal which provides a low coefficient of friction and allows a
good surface finishing.
For that reason one of the methods used by the manufactures to improve
the friction levels in ceramic brackets is the incorporation of metal slots. Many
researches show that these type of bracket actually have superior frictional
qualities in relation to conventional ceramic ones, however they are not as
efficient as metal brackets.
2,6,5,35
Nonetheless, in this study friction values for
ceramic brackets with metal slots (Clarity
TM
) were similar to the conventional
ceramic ones (InVu
®
). This could be because of several factors. Studies have
shown that friction in Clarity
TM
brackets increase in wet state.
23
It was also
observed under scanning microscopy that their metal slot insert do not keep a
32
constant width along the slot, neither extend to the top of it,
35
and there is a
deficiency in the adjustment to the ceramic walls.
2
Studies regarding different types of ceramic brackets show divergent
results as well. Some of them give evidence that polycrystalline bracket produce
similar friction than metal ones.
37
Some other works also show that mono and
polycrystalline bracket have the same friction values,
21
or that less friction is
observed in the poly when compared to the monocrystallines,
32
and even that
lower values are produced by monocrystalline ones.
30
In the present study the
highest friction values were observed in the monocrystalline brackets. Although
they possess smoother surfaces than the polycrystalline, studies suggest that the
higher friction values could be produced by sharp and hard edges created at the
intersection of the base and the walls of the slot with the external surface of the
bracket.
21
In the present study Super Slick
®
elastomeric ligatures were used as
ligation method. They were chosen based on the facility to achieve consistency
and for the reduction of friction up to 60% in the wire/ligature interface reported
when used with saliva, when compared to conventional elastic modules.
16
There
are few studies regarding the effectiveness of these ligatures, and they show no
difference with their use, or even increase of friction values.
29,37
The amount of orthodontic force required to move a tooth will depend on
the amount of friction created, since it first has to be overcome. If light forces are
desired, friction level must be kept as low as possible, since heavy loads are
difficult to control.
10
Selection of materials with low coefficient of friction, as well
33
as the right combinations of bracket/wire/ligatures is important to optimize
treatment, keeping in mind that not all the advantages in relation to physical
properties offered by fabricants are true. Friction values remain high for the
ceramic brackets tested when compared to the stainless steel metal ones. In
view of that, cases to be treated with ceramic brackets must be selected with
caution, so not to compromise their progress. It must be discussed with patients
the possibilities of usage and its limitations.
CONCLUSIONS
Based on the result obtained in this study, it can be concluded that:
• Metal brackets produce the lowest friction forces.
• Metal slots in the ceramic brackets Clarity
TM
do not effectively reduce friction.
• Monocrystalline ceramic brackets (Inspire ICE
TM
) produce the highest resistance
to sliding forces.
• The resistance to sliding is proportional to the angle created between the bracket
and the wire.
• Ni-Ti wires had the lowest mean frictional force values.
34
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27. Rucker BK, Kusy RP. Resistance to sliding of stainless steel multistranded archwires
and comparison with single-stranded leveling wires. Am J Orthod Dentofacial Orthop
2002;122:73-83.
28. Cacciafesta V, Sfondrini MF, Ricciardi A, Scribante A, Klersy C, Auricchio F.
Evaluation of friction of stainless steel and esthetic self-ligating brackets in various
bracket-archwire combinations. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2003;124:395-402.
29. Griffiths HS, Sherriff M, Ireland AJ. Resistance to sliding with 3 types of elastomeric
modules. Am J Orthod Dentofacial Orthop 2005;127:670-5.
36
30. De Franco D, Spiller RE, Fraunhofer JAV. Frictional resistances using Teflon-coated
ligatures with various bracket-archwire combinations. Angle Orthod 1995;65:63-74.
31. Angolkar PV, Kapila S, Duncanson MG, Nanda RS. Evaluation of the friction
between ceramic brackets and orthodontic wires of four alloys. Am J Orthod Dentofacial
Orthop 1990;98:499-506.
32. Bazakidou E, Nanda RS, Duncanson MG, Sinha P. Evaluation of frictional resistance
in esthetic brackets. Am J Orthod Dentofacial Orthop 1999;112:138-44.
33. Ogata RH, Nanda RS, Duncanson MG, Sinha PK, Currier GF. Frictional resistances
in stainless steel bracket-wire combinations with effects of vertical deflections. Am J
Orthod Dentofacial Orthop 1996;109:535-42.
34.Taylor NG, Ison K. Frictional resistance between orthodontic brackets and archwire in
the buccal segments. Angle Orthod 1996;66:215-222.
35. Kusy RP, Whitley KQ. Frictional resistances of metal-lined ceramic brackets versus
conventional stainless steel brackets and development of 3-d friction maps. Angle
Orthod 2001;71:364-374.
36. Downing A, McCabe J, Gordon P. A study of frictional forces between orthodontic
brackets and archwires. B J Orthod 1994; 21: 349 – 357.
37. Khambay B, Millet D, McHugh S. Archwire seating forces by different ligation
methods and their effect on frictional resistance. Eur J Orthod 2005;27:302-08.
37
3. ANEXOS
38
ANEXO I – Material e Métodos
Corpos de Prova
Dispositivo para colagem que consiste em uma estrutura retangular
metálica com duas hastes nas extremidades laterais. As hastes possuem um
canal na região central para o encaixe de uma lâmina metálica de .022” de
espessura.
Fig 1.
Fig 1 e 2. Dispositivo para colagem brackets nas bases
acrílicas e padronização dos corpos de prova.
39
ANEXO II – Resultados – Tabela e Gráficos
Dos 16 tratamentos estudados, 5 deles não acusaram distribuição normal,
uma vez que p<0,05. O teste de Levene indicou não existir homogeneidade de
variância entre os tratamentos.
Tabela 1. Teste de normalidade de Kolmogorov-Smirnov para atrito
TRATAMENTOS ESTATISTICA df VALOR p
Metálico Aço 0 Graus 0.114786845 30 0.2000
Metálico Aço 10 Graus 0.216350023 30 0.0010
Metálico Ni-Ti 0 Graus 0.17274702 30 0.0227
Metálico Ni-Ti 10 Graus 0.171234155 30 0.0249
Clarity Aço 0 Graus 0.13502341 30 0.1713
Clarity Aço 10 Graus 0.146966058 30 0.0971
Clarity Ni-Ti 0 Graus 0.100011354 30 0.2000
Clarity Ni-Ti 10 Graus 0.14370505 30 0.1159
InVu Aço 0 Graus 0.139920216 30 0.1385
InVu Aço 10 Graus 0.136014184 30 0.1642
InVu Ni-Ti 0 Graus 0.096287164 30 0.2000
InVu Ni-Ti 10 Graus 0.194074528 30 0.0054
Inspire Aço 0 Graus 0.117042807 30 0.2000
Inspire Aço 10 Graus 0.087911387 30 0.2000
Inspire Ni-Ti 0 Graus 0.192424071 30 0.0061
Inspire Ni-Ti 10 Graus 0.099150441 30 0.2000
* Tratamentos que não acusaram distribuição normal
segundo tratamento
*
*
*
*
*
40
Aço Ni-Ti
Fios
4,00
6,00
8,00
10,00
Fricção Estática Média (N)
Angulações
0 Graus
10 Graus
Metálico Clarity InVu Inspire
Brackets
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
10,00
11,00
12,00
Fricção Estática Média (N)
Fios
Aço
Ni-Ti
Para Angulação = 10 Graus
Metálico Clarity InVu Inspire
Brackets
3,00
3,50
4,00
4,50
Fricção Estática Média (N)
Fios
Aço
Ni-Ti
Para Angulação = 0 Graus
Atrito Estático Média (N
)
Atrito Estático Média (N
)
Gráfico 1. Angulação = 0 Graus Gráfico 2. Angulação = 10 Graus
Atrito Estático Média (N
)
Gráfico 3. Atrito Segundo Fios e Angulação
41
ANEXO III- Normas do American Journal of Orthodontics &
Dentofacial Orthopedics.
Information for Authors
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American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics
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the study was performed; Results, describing the primary results; and Conclusions, reporting
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and literature review, Material and Methods, Results, Discussion, Conclusions, References, and
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42
edition. Cite references selectively, and number them in the order cited. Make sure that all
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figures and tables separately (see below); do not embed figures in the word processing
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4. Figures. Digital images should be in TIF or EPS format, CMYK or grayscale, at least 5 inches
wide and at least 300 pixels per inch (118 pixels per cm). Do not embed images in a word
processing program. If published, images could be reduced to 1 column width (about 3 inches),
so authors should ensure that figures will remain legible at that scale. For best results, avoid
screening, shading, and colored backgrounds; use the simplest patterns available to indicate
differences in charts. If a figure has been previously published, the legend (included in the
manuscript proper) must give full credit to the original source, and written permisson from the
original publisher must be included. Be sure you have mentioned each figure, in order, in the text.
5. Tables. Tables should be self-explanatory and should supplement, not duplicate, the text.
Number them with Roman numerals, in the order they are mentioned in the text. Provide a brief
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Other Articles
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Case Reports will be evaluated for completeness and quality of records, quality of treatment,
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and results; and discussion. The submitted figures should include extraoral and intraoral
photographs and dental models, panoramic radiographs and tracings from both pretreatment and
posttreatment, and progress or retention figures as appropriate.
Short Communications should not exceed 2000 words, including the bibliography, and should
include a minimal number of figures or tables. Priority will be given to communications relating to
primary research data, preferably clinical but also basic. This section permits time-sensitive
material to be published within 6 months of submission.
Techno Bytes items report on emerging technological developments and products for use by
orthodontists.
Litigation, Legislation, and Ethics items report legal and ethical issues of interest to orthodontists
43
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and are encouraged to stimulate healthy discourse concerning the profession. Send letters or
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