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EVALUACIÓN INDIRECTA DE LA FUERZA FRICCIONAL EN  BRACKETS DE AUTOLIGADO Y CONVENCIONALES. ESTUDIO IN VITRO

INDIRECT ASSESSMENT OF FRICTIONAL FORCE IN CONVENTIONAL AND SELF-LIGATING BRACKETS.STUDY IN VITRO

 

Asdrúbal Sandoval Vanegas1
Luis Miguel Méndez Moreno2
Martha Esther Herrera Ruiz3
Marco Aurelio Pardo Silva4

1 Especialista en Ortodoncia, Universidad Nacional de Colombia
2 Magister en Ingeniería Mecánica de la Universidad de los Andes, Profesor Asistente Universidad Nacional de Colombia
3 Magister en Bioética Universidad El Bosque, Profesora Asociada Universidad Nacional de Colombia
4 Especialista en Ortodoncia Universidad de Antioquia, Profesor Asistente Universidad Nacional de Colombia


Recibido 28 de Noviembre 2013/Enviado para modificación 12 de Diciembre 2013/Aceptado 29 de Diciembre 2013


RESUMEN

Objetivo. Determinar la diferencia en la resistencia friccional entre los brackets convencionales y los de auto-ligado.Métodos. Estudio experimental in-Vitro, en el que se utilizaron brackets de auto-ligado (In-Ovation®Denstply GAC, Damon®-ORMCO y Smart-Clip™-Unitek 3M®) y brackets de ligado convencionales (Synergy®-Rocky Mountain Orthodontic® y Mini Uni-Twin™-Unitek 3M®), en un modelo experimental con 5 brackets de la misma casa comercial alineados y cementados sobre una base acrílica. En sus ranuras se colocaron alambres superelásticos (GAC) y termoactivados (Ormco® y 3M®) de níquel titanio de sección circular 0,016″ y rectangular de 0,016 X 0,022″(GAC y 3M®) y 0,016 X 0,025″ (Ormco®). El bracket que está ubicado en el centro se adhirió sobre el dispositivo que se desliza con la maquina universal de ensayos; en este bracket se registró continuamente la fuerza ejercida por el alambre al desplazarlo 1, 2, 3, 4 y 5 mm., simulando un movimiento de segundo orden. Los análisis estadísticos incluyeron una prueba ANOVA y agrupaciones de Tukey. Resultados.Se encontraron diferencias estadísticamente significativas (p<0,05) en las fuerzas al desplazamiento entre algunos brackets. En general los brackets de autoligado requirieron menores fuerzas para el desplazamiento. Adicionalmente se encontró que la fuerza con el desplazamiento se puede aumentar hasta en un 300% comparada con la fuerza en un ensayo de tres puntos. En los alambres rectangulares se encontró que la fuerzaque entrega el alambre en oposición al desplazamiento, es menor en los bracketsSynergy®-Rocky Mountain Orthodontic®.Conclusiones.Los brackets de autoligado presentaron menor resistencia al desplazamiento que los convencionales.

Palabras Clave:
Brackets de ortodoncia; Fricción, autoligado, arcos.



ABSTRACT

Objective.It`s to determine the difference in frictional resistance between conventional ligating bracketsand self-ligating brackets.Methods.An in-vitro experimental study, in which self-ligating brackets (In-Ovation®Dentsply GAC Intl. Inc, Damon®-ORMCO and Smart Clip™-Unitek 3M®) andconventional ligating brackets were used (Synergy ®-Rocky Mountain Orthodontic ® andMiniUni Twin™3M ®), in order to create an experimental model where five brackets of the same commercial aligned and cemented on an acrylic base. In their slots superelastic wires (GAC) and thermo-activated (Ormco ® and 3M ®) nickel titanium rectangular circular section of 0.016 "and 0.016 X 0.022" (GAC and 3M ®) and 0.016 X 0.025 "(Ormco ®).were placed.  The bracket that was positioned in the center was adhered to a device that slides with the universal testing machine, a continuous registration was made to measure the force made by the wire when it moves 1,2,3,4 and 5 mm. in this bracket, this was a process was created to simulate the movement of second-order. Statistical analyzes included ANOVA test and Tukey groupings. Results. There were statistically significant differences (P <0.05) in the displacement forces between some brackets. Overall self-ligating brackets required less force for displacement. Additionally it was found that the force for displacement can be increased by up to 300% compared to the forces in a trial of three points. Furthermore, it was found thatin Synergy ®-Rocky Mountain Orthodontics ®. Brackets the force that the rectangular wire delivers versus the displacement was lower. Conclusions.The self-ligating brackets had lower resistance to displacement than conventional.

Key Words:  OrthodonticBrackets, friction, self-ligating, archwires

 

INTRODUCCIÓN

Durante la práctica ortodóntica, nos enfrentamos ante varios sucesos no esperados, como son los movimientos dentales indeseables, resultado de algunas mecánicas que generan perdida de anclaje inclinaciones o extrusiones dentales que no se pretendían obtener y que dificultan principalmente la no consecución de los objetivos de tratamiento propuestos. Uno de los elementos mecánicos que contribuye a la presencia de estos efectos indeseables es el factor friccional, que se genera entre los materiales que utilizamos.
Es así que la resistencia friccional al movimiento que se genera cuando entran en contacto dos elementos, impide el movimiento deseado, varios factores pueden afectar la fricción como son:ancho y tipo de bracket, forma  material y diámetro de arco, fuerza y tipo de ligadura, distancia interbracket y angulación de segundo orden entre bracket y arco. Se ha concluido que al aumentar el ancho del bracket y disminuir la distancia inter-bracket la fuerza friccional incrementa sustancialmente, los arcos rectangulares generan mas resistencia friccional que los redondos. En cuanto al material del arco se concluye que los alambres en acero son los que producen menor fricción aunque la terminación de este en cuanto al pulimento final y eliminación de la rugosidad es el factor determinante en la variabilidad de resistencia friccional (1).
Aunque los brackets de autoligado no son un desarrollo reciente, se han popularizado en las últimas décadas debido a las ventajas que se les atribuye, como son: baja fricción entre el bracket y el arco, menor frecuencia de controles al paciente, fácil remoción y aseguramiento del arco (2).
La resistencia friccional es un factor importante ya que restringe la fuerza que se aplica a los dientes(3), lo que se asocia con un mayor tiempo en el tratamiento al limitar el movimiento dental(4). Se ha encontrado que entre el 12% y el 60% de la fuerza aplicada en brackets de Arco de Canto se pierde por acción de la fricción(5). En consecuencia su conocimiento podría ayudar a entender el fenómeno de las fuerzas en ortodoncia y acercar al clínico a determinar de manera más adecuada el esfuerzo que recibe el ligamento periodontal.
El modelo utilizado en esta investigación comparado con los convencionales tiene grandes ventajas ya que estos utilizan generalmente un solo bracket con el deslizamiento del arco (Kapur 1999(8),  Hain 2006(9), Kao 2006(10), Read Ward 1997(11)) el modelo utilizado en este estudio tiene gran similitud con lo observado en la clínica ya que la resistencia friccional es una sumatoria de rozamientos a lo largo de un gran número de brackets.
El propósito de este estudio fue determinar indirectamente, la resistencia friccional sobre la fuerza ejercida por el alambre, en brackets de auto-ligado y convencionales, con alambres de tres casas comerciales.

 

MATERIALES Y MÉTODOS

El modelo experimental constaba de cinco brackets, en el que cuatro de ellos (central, lateral y los dos premolares) se encontraban alineados y fijos a una base acrílica, el bracket del centro que correspondía al canino estaba adherido a una barra acrílica que podía desplazarse libremente para reproducir un movimiento de segundo orden (Figura 1).

La distancia interbracket para cementar los, se determinó como si los aditamentos estuvieran adheridos a dientes cuyo tamaño coincidiera con el percentil 50 de la tabla de tamaños dentales de Sanin y Savara(5). Los brackets investigados fueron Mini Uni Twin™ (3MUnitek®), Sinergy® (RMO®) de ligado convencional y Smart Clip™(3MUnitek®), In-Ovation® (Dentsply GAC Intl. Inc) y Damon Mx® (Ormco®) de autoligado. Se colocó la porción recta de los arcos de alambre prefabricados de sección circular 0,016″ y rectangulares 0,016 x 0,022″ y 0,016 x 0,025″;éste fue ligado en los brackets convencionales con módulos elásticos (poliuretano libre de látex) de color negro, con diámetro interno de 0.045” y externo de 0.115”, American Orthodontics®, ya que en estudios anteriores se determinó que este tipo de ligadura genera mayor reproducibilidad comparada con otras ligaduras elásticas y metálicas(6). Los bracketsSinergy®(RMO®) se ligaron con el método de cero fricción recomendado por el fabricante, es decir en las aletas del centro. Se utilizaron alambres del mismo lote de tres diferentes casas comerciales (Ormco®, 3M-Unitek® y Dentsply GAC Intl. Inc.). Para producir los desplazamientos y medir las fuerzas ejercidas se utilizó una maquina universal de ensayos marcaShimadzu AG-IS con una celda de carga de 50N. Se desplazó la barra con el bracket canino a una velocidad de 0.25 mm/s hasta 5 mm de deflexión, con tres réplicas de cada ensayo. Con un ensayo de flexión de tres puntos se estableció el comportamiento elástico de los alambres. Este comportamiento se registró arbitrariamente como fricción 0 a pesar de no serlo estrictamente.
Se efectuó un Análisis de Varianza sobre todas las medias de las diferentes pruebas, identificando diferencias estadísticamente significativas (p<0.05) entre las fuerzas, para los diferentes diámetros de alambres y las casas comerciales. Para todas las pruebas se realizó la agrupación de Tukey para establecer las diferencias dentro de los grupos.

RESULTADOS

No se encontraron diferencias estadísticamente significativas (p<.05) entre las tres réplicas realizadas. La Tabla 1 presenta los resultados de las fuerzas por desplazamiento, tipo de bracket y las diferencias para el alambre de diámetro 0,016”. Los valores representan la fuerza necesaria para desplazar el bracket del canino 1, 2, 3, 4 y 5 mm, independientemente de la marca. En ella se observan el incremento en la fuerza ejercida a medida que aumenta el desplazamiento y las diferencias entre cada tipo de bracket. Los brackets Mini UniTwin™ (3MUnitek®) tuvieron diferencias con los demás y requieren más fuerza para los desplazamientos en todas las pruebas con un rango entre 163gf y 687gf, mientras que los Damon requirieron las fuerzas más bajas con valores entre 71gf y 471gf, seguidos en orden por los In-Ovation®, Smart Clip™ y Sinergy®.


En la tabla 2 se muestra la carga registrada con los alambres rectangulares. Se observan rangos de carga mucho más altos que con los alambres de sección circular. Se evidenció que los bracketsIn-Ovation® y Synergy® registraron menor carga en los primeros 4 mm., ccomo sucedió con los alambres de sección circular, los brackets Mini Uni Twin™ requirieron los mayores valores de fuerza en todos los desplazamientos excepto en el de 5 mm, en el cual no hubo diferencias entre ningún bracket. Los brackets de autoligado Smart Clip™ necesitaron fuerzas muy cercanas a los Mini Uni Twin™.

La gráfica 1 muestra la comparación del comportamiento elástico de un alambre 0,016” de la casa Ormco® en condiciones de fricción “0”. En los diferentes 5 brackets del estudio se observa un comportamiento elástico similar caracterizado por una zona de mayor rigidez hasta el inicio de la fase de transformación;sin embargo los valores de fuerza son mayores en el modelo con los cinco brackets. Adicionalmente se observa la zona de transformación en fricción “0” como una meseta plana la cual aumenta al realizar el montaje en los brackets; el bracket Mini Uni Twin™presenta los mayores valores de fuerza, seguido de Synergy, In Ovation, Smart Clip y Damon.

En las tres marcas de alambres se encontraron estos cambios, lo que se puede observar en la gráfica2 ya que el alambre GAC de aleación níquel-titanio convencional, registra una mayor carga comparado con los otros dos alambres termoactivados, todo esto evaluado en el modelo de fricción 0, adicionalmente se observa que el alambre de la casa Ormco presenta una mayor rigidez comparado con los otros dos.

DISCUSIÓN

Esta investigación tomo un modelo experimental in vitro con cinco brackets totalmente alineados, en el cual asumimos que la diferencia entre la fuerza para desplazar el alambre en un test de tres puntos y la requerida para desplazarlo con los brackets se debe al modelo de flexión y a la resistencia friccional. Como con los diferentes alambres el modelo de flexión es similar y las pruebas se realizaron en el mismo momento, con las mismas condiciones de temperatura utilizando alambres del mismo lote, asumimos que las diferencias en los niveles de fuerza se deben a la fricción.Se realizaron tres replicas por cada alambre y tipo de brackets sin encontrar diferencia estadísticamente significativas, indicándonos la repetibilidad del ensayo.
Los resultados mostraron que los modelos con brackets de autoligado requirieron menor fuerza que los convencionales, para todos los desplazamientos con alambres de sección circular de 0.016”. Se encontró que los brackets Damon de ligado pasivo e In-Ovation de ligado interactivo, no presentaron diferencia en la fuerza al desplazamiento. Adicionalmente hubo algunas diferencias entre los brackets de autoligado con ese mismo alambre, mostrando mayor nivel de fuerza para el modelo con Smart Clip. Como en todos los brackets se presentó un juego de primer orden, estas diferencias parecen más atribuibles a la geometría del bracket que al tipo de autoligado.

En las pruebas con el alambre rectangular no se siguió el mismo patrón que con el alambre redondo, ya que aunque se encontró variación a lo largo de los primeros 4 mm, fue interesante que los bracketsSynergy®-Rocky Mountain Orthodontic® mostraran menor carga, muy similar a lo encontrado por Kao et al(9),quien concluyó que los bracketsSynergy® por su configuración en la ranura de superficie redondeada en los extremos producen disminución en el ancho del brackets, lo que aumenta la distancia interbracket alterando la resistencia friccional.

El modelo utilizado en esta investigacióncomparado con los modelos convencionales, tiene grandes ventajas ya que estos utilizan generalmente un solo bracket con el deslizamiento del arco (Kapur 1999(7), Hain 2006(8), Kao 2006(9), Read Ward 1997(10)), adicionalmente tiene la ventaja de incorporar la fricción de brackets adyacentes al diente desplazado,por lo que difiere de los modelos convencionales que han sido usados en la literatura (Henao 2004(11), Tecco2005(12) Pizzoni 1998(13)), en los que solo se desplaza un bracket a lo largo del alambre.

Los brackets Smart Clip (3M), se ubicaron en la mitad de las tablas de agrupación de Tukey en las pruebas con alambre redondo, y al final de tabla con las cargas más altas en los alambres rectangulares, muy similar a lo encontrado por Yeh et al(14), quienes concluyen que el clip de titanio aumenta el tamaño meso distal del bracket, razón por la cual disminuye la distancia interbracket, aumentando la rigidez a la razón de una menor longitud del alambre en ese espacio y consecuentemente aumentando la resistencia friccional.En este estudio se encontró un aumento de hasta el 300% de la fuerza al desplazamiento en carga en los brackets Mini-UniTwinTM, brackets de ligado convencional asociado a laligadura elastomérica como se ha sugerido previamente , comparado con los brackets de autoligado pasivo.

El incremento en la fuerza que se presenta en el modelo de fricción 0, comparadocon el modelo con brackets, podría ser explicado por la adición de puntos de contacto y el aumento de la fuerza normal entre el alambre y los bracketsmás distantes al bracket desplazado como consecuencia de la flexión.
El modelo empleado permite inferir en forma aproximada la resistencia friccional en carga. Es necesario estudiar también el comportamiento de la resistencia friccional en descarga. En este estudio se determinó que los brackets de autoligado son los que generan menor fricción, principalmente en el alambre redondo confirmado con una nivelación y alineación más rápida en la fase inicial del tratamiento(16), pero se puede inferir que no existe diferencia entre los valores de fuerza que liberan los brackets de autoligado y los convencionales con alambres rectangulares como se pudo evidenciar en este estudio.(17, 18)

Conclusiones

  1. Con un modelo de 5 brackets como el actual es posible estimar la resistencia friccional.
  2. Los brackets de autoligado presentaron menor resistencia al desplazamiento que los convencionales.
  3. De los brackets de autoligado, los Smart Clip fueron los que registraron mayor resistencia friccional seguidos de los In-Ovation y Damon.
  4. Los modelos con brackets de ligado convencional Mini Uni Twin generaron la mayor resistencia al desplazamiento en todas las pruebas seguido de los Sinergy.

 

REFERENCIAS

1. Frank C, Nikolai R. A comparative study of frictional resisitances between orthodontic bracket and arch wire American Journal of orthodontic Volume 78, Number 6 December, 1980.

2. Harradine NWT. Current products and practices self-ligating brackets: Where are we now?. Journal of Orthodontics 2003; 30: 262–273

3. Kapur R, Sinha P, Nanda R. Comparison of frictional resistance in titanium and stainless steel brackets. Am J OrthodDentofacialOrthop. 1999; 116:271-4

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5. Kusy RP, Whitley JQ. Friction between different wire-bracketconfigurations and materials.SeminOrthod. 1997;3:166-77.

6. Sanin C, Savara BS. An analysis of permanent mesiodistal crown size.Am J Orthod Dentofacial Orthop. 1971; 59:488–500

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8. Kapur R, Sinha P, Nanda R. Comparison of frictional resistance in titanium and stainless steel brackets. Am J OrthodDentofacialOrthop. 1999;116:271-4.

9. Hain M, Dhopatkar A, and Rock P.A comparison of different ligation methods on friction. Am J OrthodDentofacialOrthop 2006;130:666-70.

10. Kao C,Ding S, Wang C, He H, Chou M, and Huang T. Comparison of frictional resistance after immersion of metal brackets and orthodontic wires in a fluoride-containing prophylactic agent. Am J OrthodDentofacialOrthop. 2006; 130:568.e1-568.e9.

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12. Henao S, Kusy R.Evaluation of the frictional resistance of conventional and self-ligating bracket designs using standardized archwires and dental typodonts. Angle Orthod. 2004; 74:202–211.

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17.Pizzoni L1, Ravnholt G, Melsen B.Frictionalforcesrelatedtoself-ligatingbrackets.Eur J Orthod. 1998 Jun;20(3):283-91.

18. Ong E1, McCallum H, Griffin MP, Ho CEfficiency of self-ligating vs conventionallyligatedbracketsduringinitialalignment. Am J OrthodDentofacialOrthop. 2010 Aug;138(2):138.e1-7.