UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE FACULDADE DE ODONTOLOGIA
DESENVOLVIMENTO E CARACTERIZAÇÃO DE PINOS ENDODÔNTICOS EXPERIMENTAIS OBTIDOS A PARTIR DE DENTINA BOVINA.
Niterói 2016
UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE FACULDADE DE ODONTOLOGIA
DESENVOLVIMENTO E CARACTERIZAÇÃO DE PINOS ENDODÔNTICOS EXPERIMENTAIS OBTIDOS A PARTIR DE DENTINA BOVINA.
ALICE GONÇALVES PENELAS
Tese apresentada à Faculdade de Odontologia da Universidade Federal Fluminense, como parte dos requisitos para obtenção do título de Doutor, pelo Programa de Pós-Graduação em Odontologia.
Área de Concentração: Dentística
Orientador: Prof. Dr. José Guilherme Antunes Guimarães
Niterói 2016
BANCA EXAMINADORA
Prof. Dr. José Guilherme Antunes Guimarães Instituição: Faculdade de Odontologia da UFF
Decisão: _________________________Assinatura: ________________________ Prof. Dr. Eduardo Moreira da Silva
Instituição: Faculdade de Odontologia da UFF
Decisão: _________________________Assinatura: ________________________
Prof. Dr. Rogério Fulgêncio Pinheiro
Instituição: Faculdade de Odontologia da UFF
Decisão: _________________________Assinatura: ________________________
Prof. Dr. Paulo Francisco César
Instituição: Faculdade de Odontologia da USP
Decisão: _________________________Assinatura: ________________________
Prof.ª. Dr.ª Katia Regina Hostilio Cervantes Dias Instituição: Faculdade de Odontologia da UFRJ
DEDICATÓRIA
À minha mãe, Adelaide, minha melhor amiga, por me deixar crescer e ainda assim ser o melhor colo do mundo.
Ao meu pai, Mário, por ser mais forte do que imagina. Ao meu irmão, Victor, pela sensatez e carinho de sempre. Ao meu amor, Bruno, pelo apoio incondicional.
Ao meu afilhado Lucas, por me ensinar em 39 semanas de vida mais do que qualquer livro já conseguiu.
AGRADECIMENTOS
A Deus, pela minha vida, por cada sonho que se torna realidade; e à Nossa Senhora, minha mãe, que acolhe minhas angústias e que intercede por mim.
À Santa Catarina de Alexandria, padroeira dos estudantes, por ter me amparado nos momentos de necessidade.
Ao meu orientador, Prof. Dr. José Guilherme Antunes Guimarães, obrigada por ser presente e por estar sempre disposto a ajudar e a ensinar. Nesses dez anos de convivência, espero ter atendido às expectativas e conseguido absorver suas melhores qualidades! Obrigada por ter me mandado para uma das melhores experiências que eu já tive na vida.
Ao Prof. Dr. Eduardo Moreira da Silva, por ter me recebido na Dentística e por sempre estar disponível. Não esquecerei a alegria de encontrar meu nome no PubMed pela primeira vez. Obrigada por ser um exemplo de pesquisador.
À Profa. Dra. Laiza Tatiana Poskus, por mostrar que é possível ser mulher/professora/mãe bem-sucedida, e tudo isso com uma elegância ímpar!
À Profa. Dra. Cristiane Mariote, pelos conselhos, pela torcida, pela amizade. Obrigada por olhar para mim com carinho, pelas conversas e por me incentivar a ir em busca dos meus sonhos!
Ao Prof. Dr. Jaime Dutra Noronha Filho, você não faz idéia do orgulho que eu tenho de te ter como amigo.
Aos Professores Doutores: Glauco Botelho e Alexandre Barcellos, por serem também responsáveis pela minha formação. Pela leveza nas palavras de incentivo. Aos queridos amigos do mestrado e doutorado, que fizeram parte do meu cotidiano nesses anos de estudo. Que dividiram comigo as angústias e as felicidades do laboratório. Sem vocês seria muito mais difícil. Nós sabemos o
sentimento quando nos dizem: “Quando você vai parar de estudar e começar a trabalhar??”, ou então: “Você não pode faltar hoje??”, ou ainda: “Você precisa ficar na UFF até as 10 da noite??”. Obrigada por todo o carinho com o qual eu sou tratada, obrigada pelas conversas na biblioteca e por todas as vezes que me acalmaram nos meus momentos de surto!
Aos alunos de iniciação científica, por deixarem tudo pronto para que a pesquisa fosse desenvolvida dentro do cronograma.
Às amigas, Natasha, Maria Elisa e Luciana, é uma satisfação enorme dizer que fui da turma de vocês! Fico muito feliz com as suas realizações.
À amiga, Juliana, obrigada por dividir comigo os momentos de tensão e por ter serenidade para me orientar.
À minha irmãzinha Danielle, que esteve comigo em tantos ocasiões. Obrigada por tudo. Sinto sua falta no meu dia-a-dia.
Ao Sr. José Maria, muito obrigada por ter me aturado no laboratório, falando, reclamando e trabalhando!
À Cleidinha, obrigada pelo cuidado que você tem com todos nós!
Aos alunos da graduação, por me ensinarem a ensinar. Em especial, à Turma 2014.2! Vocês me deram muito amor quando eu mais estava precisando! Espalhem a beleza de vocês pelo mundo!
À minha família, agradeço por todas as orações e por todo apoio!
Aos meus afilhados, Jéssica, Guilherme, Marcinho, Lara, Davi, Marcelo, Amanda e Lucas. Eu não sei se mereço a confiança que seus pais depositaram em mim. Amo vocês.
À minha amiga, afilhada, madrinha, comadre, irmã, Michelle, agradeço pelas mensagens diárias, pela terapia, pelas risadas e pelos choros. Agradeço por ser minha confidente e por me chamar a realidade quando eu estou louca!
Aos amigos que Deus escolheu por mim, 17º ECC, a Revanche, obrigada pelas orações e pelo amor.
Enfim, agradeço a todos que me ajudam a viver da melhor maneira possível!
"O inferno dos vivos não é algo que será; se existe, é aquele que já está aqui, o inferno no qual vivemos todos os dias, que formamos estando juntos. Existem duas maneiras de não sofrer. A primeira é fácil para a maioria das pessoas: aceitar o inferno e tornar-se parte deste até o ponto de deixar de percebê-lo. A segunda é arriscada e exige atenção e aprendizagem contínuas: procurar e reconhecer quem e o que, no meio do inferno, não é inferno, e preservá-lo, e abrir espaço."
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ... 10
2. OBJETIVO ... 12
3. METODOLOGIA ... 13
3.1 CONFECÇÃO DOS PINOS INTRARRADICULARES DE DENTINA BOVINA .... 13
3.2 - ENSAIO DE RESISTÊNCIA À FLEXÃO... 14
3.3 - EMBUTIMENTO E INSTRUMENTAÇÃO DAS RAÍZES ... 15
3.4 – PROTOCOLO DE CIMENTAÇÃO ... 17
3.5 - ANÁLISE DA RESISTÊNCIA A FRATURA ... 18
3.6 - ANÁLISE DA PROPAGAÇÃO DA LUZ ATRAVÉS DOS PINOS ... 19
3.6.1 Análise da transmissão da luz através do pino ... 19
3.6.2 Análise do espalhamento da luz ao longo do comprimento do pino ... 20
3.7 – ANÁLISE DA DUREZA DO CIMENTO RESINOSO ... 21
3.8 - ANÁLISE DA RESISTÊNCIA DE UNIÃO ... 22
3.9 – ANÁLISE ESTATÍSTICA ... 23
4 – ARTIGO PRODUZIDO ... 24
5 – CONCLUSÕES ... 46
RESUMO
Penelas AG. Desenvolvimento e caracterização de pinos endodônticos biológicos obtidos a partir de dentina bovina. [tese]. Niterói: Universidade Federal Fluminense, Faculdade de Odontologia; 2016.
Este estudo objetivou desenvolver e caracterizar pinos endodônticos de dentina bovina (PD) e comparar seu desempenho ao de um pino de fibra de vidro (PFV / WhitePost DC 3) através das seguintes análises: módulo de elasticidade (E) e resistência à flexão (σ); resistência à fratura (RF) por ensaio de compressão a 135°; transmissão e espalhamento de luz (TL/EL) e sua influência na dureza Knoop (KHN) do cimento resinoso; e resistência de união (RU). Os PD foram confeccionados a partir da fresagem de blocos de dentina bovina. Para os testes, as coroas dos dentes bovinos foram removidas e o comprimento das raízes foi padronizado em 14mm. Os condutos radiculares foram preparados até 12mm e irrigados com NaOCl 2,5%. Para RF e KHN, após embutimento da raiz, o conduto radicular e a superfície dos PDs foram hibridizados (adesivo quimicamente ativável) e a superfície dos PFVs condicionada com H2O2 24%/1min e silanizada. Os pinos foram, então, fixados ao conduto com cimento resinoso dual. Para o teste de RU, os pinos foram cimentados utilizando-se o protocolo convencional e o autoadesivo. Os testes mecânicos de E, σ, RF e RU foram realizados em máquina de ensaios universal (EMIC DL2000; 1mm/min). Para as análises de TL e EL, os pinos foram transfixados por discos opacos de polietileno, deixando os 10mm apicais livres para a realização das medições. A extremidade cervical dos pinos foi irradiada (800mW/cm2) e TL e EL foram mensurados através de um espectrômetro, registrando o número de fótons, no intervalo entre 450-490nm do espectro eletromagnético. A KHN do cimento resinoso foi mensurada ao longo da extensão da linha de cimento e em sua extremidade mais apical. Os dados foram submetidos à análise de variância (5%) e ao teste de Scheffe (5%) para contraste. Os resultados foram: E: PD>PFV; σ: PD<PFV; RF: PD<PFV. A TL e o ES não foram observados nos PDs. Nos PFVs, o decaimento exponencial do EL foi observado nas regiões cervical (C), médio (M) e apical (A) e a TL na ponta apical (PA), de modo que PA>C>M>A. A KHN ao longo da linha de cimento foi estatisticamente semelhante em todas as regiões avaliadas independentemente do pino utilizado. RU: PD=PFV independentemente do protocolo de cimentação utilizado. Tendo em vista o desempenho observado, concluiu-se que PD podem ser uma alternativa promissora para a reabilitação de dentes tratados endodonticamente.
Palavras-chave: módulo de elasticidade, resistência à flexão, resistência à fratura, transmissão de luz, dureza, cimento resinoso, resistência de união, pinos de fibra de vidro, pino biológico, dentina
ABSTRACT
Penelas AG. Development and characterization of biological bovine dentin posts. [thesis]. Niterói: Federal Fluminense University, School of Dentistry; 2016.
This study aimed at evaluating the use of biological dentin (BD) posts, achieved by the milling of bovine roots, through the analyses of mechanical and optical properties. BD post performance were compared to those of fiber reinforced composite (FRC) posts in the following tests (n=10): a) elastic modulus (E) and flexural strength (σ) by three point bending test; b) fracture resistance (FR) by compressive load at 45º and failure pattern; c) light transmitting (LT) and light scattering (LS) ability and the influence in the Knoop Hardness (KHN) of the resin cement; d) bond strength (BS) by push-out test and failure pattern. Bovine teeth were decoronated and root length were standardized at 14mm. The canals were prepared and irrigated with 2.5% NaOCl. For FR and KHN, after root embedment, the root canal walls and BD surface were hybridized (self-cured adhesive) and FRC post surface were conditioned by 1min immersion in 24% H2O2 solution before silanization. Then, posts were fixed into the root canals using dual resin cement. For BS test, posts were luted using the conventional and self-adhesive protocol. A universal testing machine (EMIC DL2000; 1mm/min) was employed for the mechanical tests (E, σ, FR and BS). For the LT and LS analyses, opaque polyethylene discs transfixed the posts, leaving 10mm of the apical section for measurements. Posts cervical portion was irradiated (800mW/cm2) and a spectrometer recorded the number of photons transmitted or scattered for the range between 450-490ηm of the electromagnetic spectrum. Resin cement KHN was evaluated in several sites of the cement film. After normal distribution were checked (Shapiro-Wilk test), data were submitted to ANOVA (5%) and Scheffe post hoc test (5%). Results showed that: a) E: PD>PFV; b) σ: PD<PFV; c) RF: PD<PFV. LT and LS could not be observed for BD. For FRC posts, an exponential decay was observed for LS through the regions (cervical - C, middle - M and apical - A) and LT was observed at the apical tip (AT), leading to AT>C>M>A. Cement film KHN was statistically similar at all points of measurements independently of the type of the post employed. For BS, PD=PFV regardless the luting protocol used. It was concluded that teeth restored with BD posts exhibited lower fracture resistance than those restored with FRC post, KHN of resin cement was not influenced by the light transmitting ability of the post, and that the retention provided by the BD post is similar to the one provided by FRC post, independently of the luting protocol.
Keywords: elastic modulus, flexural strength, fracture resistance, light transmission, hardness, resin cement, bond strength, glass fiber post, biological post, dentin.
1 - INTRODUÇÃO
As inovações dos procedimentos clínicos odontológicos são resultado de diversas pesquisas que têm por objetivo a obtenção de novos materiais e técnicas, visando a simplificação dos passos clínicos e o aumento da longevidade das restaurações. Dentes tratados endodonticamente apresentam maior risco de colapso biomecânico quando comparados aos dentes vitais1 visto que uma maior perda do tecido sadio remanescente é esperada. Elementos dentários com insuficiente remanescente coronário podem requerer a utilização de uma ancoragem intrarradicular adicional (pinos intrarradiculares) para prover o preparo coronário de retenção e estabilidade necessários à reabilitação protética planejada.
O material a partir do qual os pinos são confeccionados é de grande importância na previsibilidade da performance dos dentes tratados endodonticamente. Dentre estes, pinos metálicos e de óxido de zircônia apresentam um alto módulo de elasticidade, em torno de 200 GPa2, que poderia gerar áreas de concentração de tensão, induzindo a formação de trincas e consequentemente a fratura radicular3,4.
Uma das maiores inovações na reabilitação de dentes tratados endodonticamente foi o desenvolvimento e introdução no mercado dos pinos de fibra de vidro (PFV)5. Diversos cirurgiões-dentistas utilizam este material devido à facilidade de uso, suas características estéticas, bom custo-benefício e por requerer menor quantidade de desgaste da estrutura sadia durante o preparo do conduto radicular6. Além destes fatores, os PFVs apresentam um módulo de elasticidade próximo a 20 GPa7 compatível com o módulo de elasticidade apresentado pela dentina, que varia de 10 a 30 GPa, de acordo com a sua composição e orientação dos túbulos dentinários8.
Apesar de estudos clínicos terem demonstrado que o emprego de PFVs é confiável9-11, outros materiais e técnicas continuam a serem investigados. O material ideal para a confecção dos pinos deve possuir propriedades tais quais: módulo de elasticidade, expansão térmica e estética semelhantes às da dentina radicular, além de favorecer a adesão12. Baseando-se nesta premissa, o uso de fragmentos de dentes humanos para recompor a porção coronária perdida foi sugerido como um método eficiente para a reabilitação de dentes fraturados13,14. Esta técnica,
conhecida como “Restaurações Biológicas”, produz excelentes resultados relacionados à lisura superficial e à característica estética15,16. Mais recentemente, alguns pesquisadores expandiram o uso de dentes naturais para a criação de Pinos de Dentina (PD), demonstrando seu uso em relatos de casos clínicos17-21 e avaliando a resistência à fratura de dentes restaurados com este material em estudos in vitro 22-24.
O substrato dentinário humano é, geralmente, difícil de ser obtido em quantidade suficiente e qualidade adequada visto que a extração de dentes é na maior parte das vezes indicada devido a extensas lesões cariosas. Além disso, as questões éticas e legais relacionadas ao uso de tecido humano em pesquisa devem ser observadas. Desta forma, substratos alternativos têm sido propostos e utilizados nas pesquisas odontológicas, como os dentes de primatas, bovinos, suínos, equinos e de tubarão. Entretanto, os dentes bovinos são os mais amplamente empregados como substitutos dos dentes humanos. Seu uso aumentou drasticamente nos últimos 30 anos devido as suas propriedades mecânicas e composição mineral e orgânica semelhantes àquelas do substrato humano25,26.
Como a dentina bovina ainda não foi utilizada para a confecção de pinos intrarradiculares até o presente momento, a avaliação de algumas propriedades físicas como resistência a flexão, módulo de flexão e resistência a fratura comparando-as aos convencionais PFVs devem ser pesquisadas com o intuito de definir a aplicabilidade da técnica sugerida. Somando-se a isso, outros aspectos do comportamento do material como a capacidade de transmitir a luz dos fotoativadores, e o efeito desta habilidade na conversão monomérica do cimento resinoso e na retenção dos pinos, também necessitam de elucidação.
Sendo assim, a hipótese nula testada neste estudo é que a composição dos pinos não influenciará na resistência a fratura de dentes tratados endodonticamente ou na resistência de união, independentemente do tipo de cimentação empregado.
2 - OBJETIVOS
Objetivo Geral:
Este trabalho objetiva produzir e caracterizar pinos intrarradiculares obtidos a partir de dentina bovina.
Objetivos específicos:
Comparar a resistência à flexão e o módulo de elasticidade dos pinos biológicos de dentina bovina e dos pinos de fibra de vidro;
Comparar a resistência à fratura de raízes restauradas com pinos biológicos de dentina bovina e com pinos de fibra de vidro e o padrão de fratura apresentado;
Avaliar a transmissão da luz, em número de fótons, através dos pinos e, sua consequente influência na dureza do cimento resinoso utilizado na sua fixação;
Comparar a resistência de união de pinos de fibra de vidro e pinos de dentina às paredes do conduto radicular, independentemente do tipo de cimentação empregado, e o padrão de falha ocorrido.
3 - METODOLOGIA
Cento e vinte dentes bovinos utilizados neste estudo foram selecionados respeitando-se o seguinte critério de inclusão: objetivando selecionar condutos radiculares com dimensões compatíveis às dos pinos foram utilizadas raízes que apresentaram o diâmetro coronário do conduto radicular menor que 2,0mm e/ou com dimensão vestíbulo-palatina menor do que 6,5mm e maior do que 7,5mm na região cervical, com ápices completos. Para evitar a inclusão de raízes que apresentassem trincas em sua estrutura, estas foram observadas em estereomicroscópio (SZ61, Olympus, Tóquio, Japão). As aferições foram realizadas com paquímetro digital (500-196-20B, Mitutoyo, São Paulo, SP, Brasil). Após a limpeza e desinfecção por imersão em solução aquosa de 0,5% de cloramina T durante 7 dias, as coroas foram seccionadas apicalmente à junção amelo-cementária na cortadeira metalográfica (IsoMet 1000, Buehler, Lake Bluff, IL, EUA), padronizando o comprimento das raízes em 14,0mm. Entre cada etapa da pesquisa, as raízes foram mantidas imersas em água destilada e armazenadas em estufa a 37°C (Quimis, Diadema, SP, Brasil), para manutenção da hidratação.
3.1 - CONFECÇÃO DOS PINOS INTRARRADICULARES DE DENTINA BOVINA
Os 50 pinos de dentina (PD) utilizados nos ensaios foram obtidos a partir de 50 raízes bovinas (um pino de cada raiz). A dentina radicular foi seccionada em cortadeira metalográfica (IsoMet 1000, Buehler, Lake Bluff, IL, EUA), sob refrigeração, obtendo-se um bloco único de dentina. Este bloco foi levado a uma máquina para padronização de preparos, onde, sob refrigeração, foi fresado com uma ponta diamantada cilíndrica de extremidade plana (2,0mm-diâmetro x 20,0mm-comprimento), especialmente produzida para este fim (FN Moraes, São José dos Campos, SP, Brasil). Os PD foram fresados com dimensões semelhantes às dos pinos de fibra de vidro (PFV) White Post DC 3 (FGM, Joinville, SC, Brasil), aos quais seu desempenho foi comparado. Desta forma, os pinos foram confeccionados com dupla conicidade, medindo aproximadamente 20,0mm de comprimento, 2,0mm de diâmetro de cervical e 1,25mm de diâmetro apical (Figura 3.1).
Para a caracterização da superfície do PD, dois destes foram selecionados aleatoriamente, montados em um stub e observados em microscópio eletrônico de varredura (MEV - Phenom ProX, Phenom World, Eindhoven, Holanda) com ampliações entre 500 e 1.000x, com tensão de 15kV, em ambiente de baixo vácuo, utilizando detector de elétrons retroespalhados.
3.2 - ENSAIO DE RESISTÊNCIA À FLEXÃO
A comparação do módulo de elasticidade (E) e da resistência à flexão (σ) entre os PD e os pinos de fibra de vidro (PFV) foi realizada por meio de ensaio de resistência à flexão em 3 pontos (n=10). As dimensões dos pinos foram aferidas com paquímetro digital. Os pinos tiveram suas porções mais cilíndricas (10,0mm cervicais) posicionadas em um dispositivo metálico com hastes paralelas distantes 10,0mm entre si27. Os espécimes foram submetidos a uma carga estática perpendicular ao longo eixo e centralizada (Figura 3.2). O dispositivo metálico foi acoplado à máquina de testes universal DL2000 (EMIC, São Paulo, SP, Brasil), com velocidade de atuação de 1,0mm/min.
O E (GPa) foi obtido com base na porção retilínea da curva tensão-deformação e a σ (MPa) com base na carga máxima aplicada, de acordo com as equações abaixo:
Onde:
Fmax = carga máxima (N) aplicada no espécime;
L = distância (mm) entre os dois pontos de suporte do teste de flexão; d = diâmetro (mm) do espécime;
D = a deflexão (mm) do espécime sobre a carga F, durante o regime elástico.
3.3 - EMBUTIMENTO E INSTRUMENTAÇÃO DAS RAÍZES
Os condutos foram preparados até o limite de 12,0mm, com sequência de brocas de largo (Dentsply Maillefer, Ballaigues, Suiça) e, posteriormente, foi utilizado o instrumento rotatório indicado pelo fabricante dos PFV White Post DC 3, em baixa rotação e irrigados com solução de hipoclorito de sódio a 2,5%. A cada 5 condutos preparados, as brocas de largo e o instrumento rotatório foram descartados e substituídos. As raízes foram então recobertas com esmalte cosmético de cor preta, para evitar a propagação da luz através da superfície radicular.
Com a intenção de manter a interface de união axial ao eixo longitudinal da máquina de ensaios mecânicos, o embutimento da raiz e a cimentação dos pinos foram realizados com auxílio de um delineador (EDG, São Carlos, SP, Brasil). Deste modo, um PFV foi inserido por justaposição a uma raiz e, em seguida, fixado à haste do delineador. Para o embutimento da raiz, um cilindro de PVC foi posicionado sobre a mesa do delineador, de modo que a raiz ficasse suspensa sobre a região central Figura 3.2 – Representação esquemática do teste de resistência à flexão em 3 pontos. Em A, haste
do cilindro. O conjunto raiz-pino foi, então, baixado no centro do cilindro até o limite da borda superior do mesmo, promovendo o embutimento da raiz. Após este procedimento, resina acrílica foi vertida no tubo de PVC (Figura 3.3).
Para simular o ligamento periodontal nas raízes que foram submetidas ao teste de resistência à fratura, uma película de 0,3mm de acetato, foi plastificada sobre estas (Plastificadora à vácuo, Bioart, São Carlos, SP, Brasil). Além disso, antes do embutimento, foi confeccionado um alívio de cera, com 1,0mm de espessura, sobre os 3,0mm cervicais das raízes. Após o embutimento, o alívio foi removido, para que a porção radicular não embutida simulasse a área cervical não aderida às fibras do ligamento periodontal28. (Figura 3.4)
3.6.2 Cimentação dos retentores intrarradiculares
Figura 3.4 – Representação esquemática do espécime embutido direcionado ao teste de resistência à fratura.
Figura 3.3 – Representação esquemática do embutimento do espécime, onde A representa o cilindro de PVC, B, a raiz dentária e C, o pino de fibra de vidro.
3.4 – PROTOCOLO DE CIMENTAÇÃO
Para os espécimes direcionados aos testes de resistência à fratura e avaliação da dureza do cimento resinoso, os condutos radiculares e os pinos de dentina foram condicionados com ácido fosfórico a 37% (Condac, FGM, Joinville, SC, Brasil) por 15 segundos e lavados com água destilada por 30 segundos. Para remoção do excesso de água dos canais e da superfície dos pinos de dentina, foram empregadas, respectivamente, 3 pontas n° 80 (Dentsply Maillefer, Ballaigues, Suiça) e 2 discos de papel absorvente. Em seguida, o adesivo Adper Scotchbond Multi-Uso Plus (3M ESPE, St. Paul, MN, EUA) foi aplicado com microescovas (Cavibrush Extrafino, FGM, Joinville, SC, Brasil). Nos PFV, o condicionamento da superfície foi realizado por imersão em solução de peróxido de hidrogênio a 24% por 1min, seguido de lavagem com água destilada, secagem com jato de ar e silanização.
O cimento resinoso (Rely-X ARC, 3M ESPE, St. Paul, MN, EUA) foi manipulado de acordo com a instrução do fabricante e aplicado no interior do conduto com seringa Centrix (DFL, Rio de Janeiro, RJ, Brasil). Os pinos foram inseridos nos canais e o excesso de cimento removido junto à porção coronária das raízes. O cimento resinoso foi fotoativado por 40s na irradiância de 800mW/cm2 (Radii-Cal – SDI, Victoria, Austrália). A cada 5 espécimes, a irradiância foi mensurada com auxílio de um radiômetro (LED Radiômetro, Demetron, SDS Kerr, Danbury, CT, EUA).
Para os espécimes direcionados ao teste de resistência de união, além do protocolo adesivo descrito anteriormente, o cimento resinoso autoadesivo (Rely-X U200, 3M ESPE, St. Paul, MN, EUA) também foi empregado para a fixação dos pinos, seguindo o padrão de condicionamento dos PFVs, inserção dos pinos no conduto e protocolo de fotoativação. A remoção de humidade do conduto e da região cervical foi realizada utilizando-se 2 pontas de papel e 2 discos de papel absorvente, respectivamente.
Após a cimentação, os espécimes foram imersos em água destilada e estocados em estufa à 37ºC por 24h, objetivando a manutenção da hidratação das raízes e a liberação de tensões oriundas da polimerização do sistema adesivo e do cimento resinoso.
3.5 - ANÁLISE DA RESISTÊNCIA A FRATURA
Ensaio de compressão a 135º
Um núcleo de compósito (Opallis DA2, FGM, Joinville, SC, Brasil) foi confeccionado sobre a cervical radicular, recobrindo a porção do pino não cimentada. Para padronização desse núcleo foi empregado um molde de acetato obtido a partir da porção coronária de um pino de resina acrílica pré-fabricada (Núcleo Jet, Angelus, Londrina, PR Brasil). O molde foi perfurado na face incisal com uma ponta diamantada nº 1014 (KG Sorensen, Cotia, SP, Brasil) em baixa rotação, preenchido com o compósito e adaptado à cervical da raiz, tendo como guia de inserção o transpasse do pino através do orifício criado. O compósito foi fotoativado (800mW/cm²/40s) e, após sua polimerização, o molde de acetato foi removido. O remanescente do pino foi então cortado com uma ponta diamantada nº 3100 (KG Sorensen, Cotia, SP, Brasil).
Um coping metálico (Figura 3.5) foi fundido e, posteriormente, adaptado sobre o núcleo para a realização do ensaio de fratura, de modo a resistir às cargas compressivas do ensaio mecânico, além de permitir a incidência da carga compressiva a 135º em relação ao longo eixo da raiz29,30. O conjunto foi levado à máquina de testes universal para a realização do ensaio de resistência à compressão à velocidade de 1,0mm/min (n=10).
Figura 3.5 – Representação esquemática do espécime posicionado na matriz empregada no teste de resistência à fratura
Análise do padrão de fratura
A análise do padrão de fratura foi realizada por meio de inspeção visual e as fraturas foram classificadas em fratura do remanescente radicular ou coesiva de dentina, fratura coesiva do núcleo e fratura adesiva, quando do rompimento da interface de união entre compósito e cervical radicular (Figura 3.6).
3.6 - ANÁLISE DA PROPAGAÇÃO DA LUZ ATRAVÉS DOS PINOS
Antes da análise de transmissão de luz, a intensidade de luz do ambiente (background) foi verificada por meio de uma fibra óptica (QP100-2-UV-VIS 100µm diameter, OceanOptics, Dunedin, Fl, EUA) conectada a um espectrômetro (USB 4000 Standard, OceanOptics, Dunedin, Fl, EUA), ligado a um computador pessoal, com um software (SpectraSuíte, OceanOptics, Dunedin, Fl, EUA) capaz de mensurar a transmissão, em comprimentos de onda que variaram de 450 a 490nm.
3.6.1 Análise da transmissão da luz através do pino
Para impedir que a luz emitida pelo fotoativador fosse detectada pela fibra óptica por outro caminho que não através dos pinos, estes, antes de irradiados, transfixaram discos opacos de polietileno (2,0mm de espessura e 20,0mm de diâmetro), permanecendo os 10,0mm apicais livres para a realização das medições. (Figura 3.7).
Para a análise da transmissão através do pino (n=5), o fotoativador Radii-Cal (800mW/cm2 – SDI, Victoria, Austrália) foi empregado para irradiar a extremidade Figura 3.6 – Representação esquemática dos padrões de fratura. Em A, fratura coesiva de
cervical do pino. A luz transmitida pelo pino foi captada pela fibra óptica, posicionada na extremidade apical do espécime.
Figura 3.7 – Representação esquemática da avaliação da transmissão de luz. Em A, fonte luminosa (Radii-cal); em B, disco opaco; em C, pino de fibra; em D, fibra óptica detectora; em E, espectrômetro.
3.6.2 Análise do espalhamento da luz ao longo do comprimento do pino.
Para esta análise (n=5), a fibra óptica foi posicionada perpendicularmente ao pino, para mensuração do espalhamento da luz em nove pontos pré-estabelecidos, com distância de 1,0mm entre eles (Figura 3.8).
Figura 3.8 – Representação esquemática dos pontos de leitura do espalhamento de luz. Ema A, fonte luminosa (Radii-cal); em B, disco opaco; em C, pino de fibra; em D, fibra óptica detectora; em E, espectrômetro.
Para a manutenção de um posicionamento estável do fotoativador e da fibra ótica, durante as medições, estes foram fixados em um sistema de garras acopladas a uma mesa perfurada.
Os valores obtidos com esta metodologia são dados em números de fótons para cada comprimento de onda entre 450 e 490nm.
Através dos valores de espalhamento, em números de fótons, é possível utilizar a lei de Beer-Lambert para prever o decaimento exponencial da luz à medida que ela passa por um material absorvedor de espessura , que pode ser expresso por meio da equação31:
) Onde:
I0 é a intensidade da luz antes de ser absorvida;
I é a intensidade da luz após atravessar uma distância; exp representa o exponencial na base neperiana;
é a distância entre as posições em que as intensidades valem I e I0; c é a concentração de absorvedores;
α é a absortividade molar da substância.
3.7 – ANÁLISE DA DUREZA DO CIMENTO RESINOSO.
Os espécimes (n=5) direcionados à análise de dureza do cimento resinoso foram seccionados longitudinalmente na cortadeira metalográfica (IsoMet 1000), sob refrigeração, com o intuito de expor a linha de cimentação. Após, os espécimes foram polidos com lixas de carbeto de silício com granulações de 1200 e 4000 (1min/150rpm - DPU-10, Struers, Copenhagen, Dinamarca). Três indentações Knoop (50g/15s - Micromet 5104, Buehler, Lake Bluff, IL, EUA) foram realizadas na linha de cimento nos mesmos pontos nos quais a transmissão e o espalhamento de luz foram avaliados (Figura 3.9).
Figura 3.9: Representação esquemática do espécime de durueza. Em A, raiz dentária; em B, linha de cimento; em C, pino; em D, embutimento. Os números representam os pontos em que a dureza do cimento foi avaliada.
3.8 - ANÁLISE DA RESISTÊNCIA DE UNIÃO
Teste de push-out
Na cortadeira metalográfica (IsoMet 1000), sob refrigeração, os espécimes (n=10) foram seccionados perpendicularmente ao longo eixo dos pinos cimentados, originando 6 discos de 1,0mm de espessura. Desta forma, a RU pode ser avaliada nos 3 terços do conduto radicular – cervical, médio e apical.
A face apical dos discos foi marcada com tinta indelével, objetivando identificá-la para a aplicação da carga de compressão do teste de push-out, no sentido de apical para cervical. A carga foi aplicada por meio de uma ponta atuadora de seção circular, com diâmetro compatível ao da área aderida, na máquina de ensaios mecânicos, à velocidade de 1,0mm/min.
Análise do padrão de falha do teste de push-out
Imagens dos espécimes submetidos ao teste de push-out (aumento de 40 vezes) foram captadas por uma câmera digital (UC30, Olympus, Munster, Alemanha) acoplada a um estereomicroscópio (SZ61, Olympus, Tóquio, Japão) e conectada a um computador dotado do software de captura de imagens AnalySIS getIT (Olympus Soft Image Solutions GmbH, Munster, Alemanha).
As falhas ocorridas na interface de união foram classificadas em: a) adesivas entre dentina e cimento; b) adesivas entre pino e cimento; c) mista (quando foi possível observar os dois padrões em um mesmo espécime)29.
3.9 – ANÁLISE ESTATÍSTICA
Os dados obtidos para cada experimento foram tabulados e submetidos à análise estatística indicada utilizando-se o software Statgraphics Plus 5.1 (StatPoint Technologies, Warrenton, VA, EUA). Os dados de resistência à flexão, módulo de flexão, resistência à fratura e transmissão e espalhamento da luz foram submetidos à análise de variância de um fator. Os dados obtidos de dureza da linha de cimento foram submetidos à análise de variância de dois fatores (pino e região da medição). E os valores obtidos para a resistência de união foram submetidos à análise de variância de três fatores (pino, protocolo adesivo e região radicular). Para a observação dos contrastes entre as médias, o teste Scheffe foi empregado. Todas as análises estatísticas foram realizadas com um nível de significância de α = 0,05.
4 - ARTIGO PRODUZIDO
Development and characterization of biological bovine dentin posts.
Alice Gonçalves Penelas, PhD student
Isis Ingrid Nogueira Simões, Undergraduate student Amanda Cypriano Alves, Undergraduate student Eduardo Moreira da Silva,Associate professor Laiza Tatiana Poskus, Associate professor
José Guilherme Antunes Guimarães,Associate professor*
Analitical Laboratory of Restorative Biomaterials – LABiom-R, School of Dentistry, Federal Fluminense University, Niterói, Rio de Janeiro, Brazil
*Corresponding author: Dr. José Guilherme Antunes Guimarães – Universidade Federal Fluminense / Faculdade de Odontologia - Rua Mário Santos Braga, nº 30 - Campus Valonguinho, Centro, Niterói, RJ, Brazil - CEP 24040-110 - Phone: 55 21 2629-9832 - Fax: 55 21 2622-5739 - e-mail: jgag@vm.uff.br
INTRODUCTION
In Dentistry, all clinical procedure innovations result from studies that aim to obtain new materials and techniques, in order to simplify clinical steps and improve restorations longevity. Greater risk of biomechanical failure is observed for endodontically treated teeth in comparison to vital teeth1 since more impairment of the healthy remnant is expected. Teeth with insufficient coronal structure might need intrarradicular anchorage, to provide retention and stability to the prosthetic crown planned.
The material from which the posts are made plays an important role in the performance of the restored endodontically treated teeth. Among them, metallic and zirconia posts have a high elastic modulus, around 200GPa2, that could generate areas of stress concentration, which could be responsible for crack formation and root fracture3,4.
One of the greatest innovations in the rehabilitation of endodontically treated teeth was the introduction of fiber reinforced composite (FRC) posts5. Many dentists rather use FRC posts because of the convenience, aesthetic, low cost and less requirement of extra loss of tooth structure due to post space preparation6. This material exhibit an elastic modulus near 20GPa7 while dentin elastic modulus range from 10 to 30GPa, according to its composition and tubules orientation8. Even though clinical trials9-11 have already demonstrated that the use of FRC posts is consistent, other materials and techniques continue to be investigated.
The ideal post material should have properties such as elastic modulus, hardness, stiffness, thermal expansion and aesthetics features similar to those of dentin and should also bond predictably to root dentin12. Based on that premise, the use of natural teeth fragments to recreate the lost coronal portion of the crown was suggested as an efficient method for restoring fractured teeth13,14. This technique, known as “Biological Restorations”, provides excellent results regarding not only the surface smoothness, but also the aesthetic15,16. More recently, some researches have expanded the use of natural teeth, creating a Biological Dentin (BD) post, by demonstrating its use in case reports17-21 and analyzing its fracture resistance in in vitro studies22-24.
Human substrate is often difficult to obtain in sufficient quantity and with adequate quality because teeth are generally extracted due to extensive caries
lesions. In this manner, alternative substrates have been proposed and used in dental research, such as primate, bovine, swine, equine and shark teeth. However, bovine teeth have been the most widely employed substitute of human teeth. Their use has dramatically increased in the last 30 years because of its characteristics as mechanical properties, mineral and organic composition25,26 similar to those of human dentin.
Since bovine dentin was not employed to produce posts until the present moment, the evaluation of some physical properties, such as flexural resistance, flexural modulus and fracture resistance in comparison to a conventional FRC post should be investigated, in order to define the possibility of the successful use of the suggested technique. In addition, other aspects of the material’s behavior as the light transmitting ability, its effect on the hardness of the luting cement and post retention should be observed.
Therefore, the purpose of the present study was to produce and characterize biological dentin posts. The null hypothesis tested was that the post type did not influence the fracture resistance of endodontically treated teeth nor the bond strength.
MATERIALS AND METHODS
One hundred and twenty bovine teeth used in this study were selected by the following inclusion criteria: absence of cracks (observed under a stereomicroscope / SZ61, Olympus, Tokyo, Japan), closed apices, canal coronary diameter less than 2.0mm and vestibular-palatal dimension greater than 6.5mm and less than 7.5mm on the root cervical. A digital caliper (500-196-20B, Mitutoyo, São Paulo, SP, Brazil) was employed for all measurements. After cleaning and disinfection by immersion in an aqueous solution of 0.5% chloramine for 7 days, teeth were washed and decoronated below the cementoenamel junction using a low speed diamond IsoMet saw (IsoMet, Buehler, Lake Bluff, IL, USA) under water cooling, for a root length of 14.0mm. Roots were stored in distilled water at 37°C (Quimis, Diadema, SP, Brazil).
Dentin Post Manufacture
Fifty sound single-rooted bovine teeth were used to manufacture biological dentin (BD) posts. Then, teeth were milled into fifty BD posts, which were manufactured with the aim of a cylindrical diamond bur (20mm- length x 2mm- diameter), specially made for the experiment (FN Moraes, São José dos Campos, SP, Brazil), under water cooling, in a high speed hand piece attached to a preparation’s standardization device. Double-tapered dentin post were built with similar dimensions to those of prefabricated glass fiber reinforced composite (FRC) post (White Post DC #3, FGM, Joinville, SC, Brazil). Post design and dimensions are shown in figure 1.
For surface characterization of the experimental post, two of those were randomly chosen and mounted on a stub without coating for observation under Scanning Electron Microscope (SEM - Phenom ProX, Phenom World, Eindhoven, Netherland) operating on backscattered mode under low vacuum. The images were taken employing 15 KV at magnifications of 500X and 1000X.
Flexural resistance (σ) and flexural modulus (E)
For the flexural resistance test and flexural modulus assessment, glass FRC and BD posts were submitted to the tree-point bending test (n=10). The test was performed in a universal testing machine at a crosshead speed of 1mm/min (EMIC
DL2000, EMIC, São Paulo, SP, Brazil), with a 10mm span between the supports. In order to reduce the influence of the tapered portion, the test was performed only on the cylindrical part of the post27. Sample diameter was measured at the point where the load was applied using a digital caliper (Mitutoyo, São Paulo, SP, Brazil). The (E) and (σ) were calculated using the following equations:
where:
FMax (N) is the applied load at the highest point of the load-deflection curve; L is the span length (mm);
d (mm) is the post diameter, and;
D (mm) is the deflection corresponding to load F at a point in the straight-line portion of the curve.
Embedment and Root Instrumentation
The root canals were enlarged under irrigation with 2.5 % sodium hypochlorite, to a working length of 12.0mm, using Largo drills sizes 1, 2 and 3 (Dentsply Maillefer, Ballaigues, Switzerland). Finally, the #3 drill, supplied by the FRC post manufacturer (WhitePost DC #3, FGM, Joinville, SC, Brazil), was used to finish the root preparation. Each drill was used to prepare 5 root canals, then discarded and replaced. The root apices were externally sealed using a resin composite (Oppalis; FGM, Joinville, SC, Brazil) and the external root surface was coated with black cosmetic varnish to avoid light transmission through external root surfaces.
Roots selected for Knoop Hardness (KHN) and for bond strength (BS) were embedded in a PVC tube with acrylic resin up to the cervical limit. Teeth selected for fracture resistance (FR), before the embedment itself, had its external surfaces coated with a 0.3mm-thick layer of acetate using a vacuum plasticizer (Bio Art, Equipamentos Odontológicos Ltda., São Carlos, SP, Brazil) to simulate the periodontal ligament. Then, each root was embedded in a PVC tube with polyester resin up to 3mm below the cervical limit to simulate the conditions of teeth within alveolar bone28. A dental surveyor (EDG, São Carlos, SP, Brazil) was used during the embedment, to ensure that the roots were mounted perpendicular to the horizontal surface.
Luting protocol
The FRC posts were ultrasonically cleaned (Unique, Indaiatuba, SP, Brazil) and their surfaces were treated with 24% hydrogen peroxide for 1min, followed by the application of a silane coupling agent (Prosil, FGM, Joinville, SC, Brazil).
For FR and KHN analyses, root canal walls, the cervical dentin and the BD post were etched for 15s with 37% phosphoric acid (Condac 37; FGM, Joinville, SC, Brazil), rinsed with distilled water for 30s and blot dried with 3 paper points (#80) and 2 paper discs, respectively. (Dentsply Maillefer, Petrópolis, RJ, Brazil). A chemically activated adhesive (Adper Scotchbond Multipurpose Plus, 3M ESPE, St. Paul, MN, USA) was applied with a microbrush (Cavibrush #1, FGM, Joinville, SC, Brazil), following manufacturer’s instructions.
A dual cured resin cement (Rely-X ARC, 3M ESPE, St. Paul, MN, USA) was manipulated according to the manufacturer’s instructions, and a syringe (Centrix, DFL, Rio de Janeiro, RJ, Brazil) was used to insert the cement in the root canal. Finally, the post was inserted into the canal using a dental surveyor and the cement excesses were removed. Resin cement was then light cured (800mW/cm2/40s) with a LED unit (Radii-Cal - SDI, Victoria, Austrália) and the irradiance was monitored using a radiometer (L.E.D. Radiometer, Demetron SDS Kerr, Middleton, WI, USA).
For BS analysis, besides the conventional luting protocol described above, a self-adhesive resin cement (Rely-X U200, 3M ESPE, St. Paul, MN, USA) was employed for post fixation. Root canal walls, the cervical dentin and the BD post were blot dried with 2 paper points (#80) and 2 paper discs, respectively. The resin cement
was manipulated according to the manufacturer’s instructions, and a syringe was used to insert the cement in the root canal. Light curing followed the protocol already described.
After cementation, all specimens were stored in distilled water for 24h at 37º C to release bond stresses.
Fracture resistance
To build the composite core, an acetate matrix was obtained using a vacuum plasticizer, in which the coronal portion of a pre-fabricated acrylic post (Núcleo Jet, Angelus, Londrina, PR, Brazil) was duplicated. The incisal face of the matrix was transfixed by a diamond bur #1014 (KG Sorensen, Cotia, SP, Brazil), allowing the trespass of the FRC post. Then, the matrix was filled with a composite resin (Opallis DA2, FGM, Joinville, SC, Brazil) and positioned on the cervical top of the root. After removing the excesses, the composite was light cured (800mW/cm²/40s), the matrix was removed and the remaining cervical portion of the post was cut out (#4138, KG Sorensen, Cotia, SP, Brazil).
A coping was waxed over the composite core and casted in NiCr alloy. This precise fitting metal cover was placed on the composite core in order to avoid deformation of this material under compressive loads during the mechanical test29,30. The metallic coping also allowed load application on the palatal surface at an angle of 135° to the long axis of the roots. Prior to the test, specimens were stored in distilled water for 24h at 37°C. The compressive mechanical test (n=10) was performed in a universal testing machine at a crosshead speed of 1.0mm/min. The load required to fracture the specimen was recorded (N).
The specimens’ failure pattern was analyzed under a stereomicroscope (SZ61, Olympus) and was classified as: root fracture, core fracture or post bending (when core debonded from cervical dentin because post bended).
Analysis of light transmission (LT) through the long axis of the posts
Before LT analysis itself, the intensity of the ambient light was evaluated (background) with the aid of an optic fiber - detector fiber -(QP100-2-UV-VIS 100 µm
diameter, OceanOptics, Dunedin, FL, USA) connected to a spectrometer (USB 4000 Standard, OceanOptics, Dunedin, FL, USA), which was connected to a computer with a software (SpectraSuíte, OceanOptics, Dunedin, Fl, USA) that is able to measure the transmittance, in quantity of photons, in wavelengths varying from 450 up to 490ηm. The same software is able to disregard the background measured, so there is no ambient light interference when measuring the light transmission of the specimens.
For the analysis of the transmittance (n=5), a light-curing unit (Radii-Cal – SDI) was employed to irradiate the cervical portion of the post. The light transmitted through the post was captured by the optic fiber detector positioned at the apical tip of the post. To ensure that the optic fiber detector detected the light emitted by the Radii-cal only after being transmitted through the posts, they were transfixed by an opaque polyethylene disk (2.0mm thick and 20.0mm diameter) before the irradiation, keeping the most apical 10mm free for measurements. (Figure 2).
Analysis of light scattering (LS) along post length
For this analysis (n=5), the optic fiber detector was positioned perpendicularly to the post, to measure the scattering in nine pre-set points, with a distance of 1.0mm between each other (Figure 3).
Figure 2 – Schematic of the experimental set-up for the evaluation of the light transmission. In A, Radii-cal; in B, opaque disc; in C, fiber post; in D, optic fiber detector; in E, spectrometer.
In order to avoid operators’ movements influence during those measurements, the optic fiber, the photoactivator and the post were mounted and fixed in micrometric table.
After measurements, to obtain the final values of transmittance and scattering, the integration was performed. With these values, in photons, it was possible to use Beer-Lambert Law to predict the exponential decay of the light as it cross an absorbing material of a distance, described by the equation:
)
which is the incident light intensity before it penetrates the material; is the light intensity transmitted;
is the distance between the positions of I e I0; is the concentration of absorbers;
α is the molar absorptivity of the material; “exp” is the Naperian exponential.
The extinction coefficient for the different wavelengths allowed the observation of the absorptivity for each wavelength, for each post, as described by Santos et al31.
Figure 3 – Schematic of the experimental set-up for the evaluation of the light scattering. In A, Radii-cal; in B, opaque disc; in C, fiber post; in D, optic fiber detector; in E, spectrometer.
With the values obtained for each lateral point, the curve of the relative decay was plotted.
Knoop hardness analysis
Teeth was longitudinally sliced, using a low speed diamond IsoMet saw under water cooling, in order to expose the cement film (Figure 4). The specimen (n=5) were wet ground in a polishing machine (1min/150rpm - DPU-10, Struers, Copenhagen, Denmark), using 1200 and 4000 grit SiC paper. Three Knoop indentations (50 g/15 s), were made on the cement film, in the same positions in which the light transmission was observed (Micromet 5104, Buehler, Lake Bluff, IL, USA).
Bond strength analysis
Push out BS specimens (n=10) were sectioned into six 1.0mm thick slices (2 for each root third – cervical, middle and apical) using a diamond saw under water cooling. Before the test, the apical and coronal diameters of the cement/post were recorded using the stereomicroscope (SZ61, Olympus, Tokyo, Japan) and a digital caliper (500-196-20B, Mitutoyo, São Paulo, SP, Brazil). The test was performed by
Figure 4: Knoop hardness specimen. In A, dentin root; in B, cement film; in C, post; in D, embedment. Numbers represent the areas in which the hardness measurements were evaluated.
applying a compressive load to the apical side of each slice using a cylindrical plunger attached to a universal testing machine, at a crosshead speed of 1.0mm/min. Three cylindrical plungers with different diameters were used to ensure an application of the load only on the post area. The failure load for each specimen was recorded (N) and the BS (MPa) calculated by the formula: BS= F/A, where A was the area of the adhesive interface and F was the failure load.
A = π (R + r)[(ℎ2 + (R − r)2]0.5,
where π=3,1416, R = coronal diameter of the cement/post, r = apical diameter of the cement/post and h= slice thickness.
The failure pattern was analyzed and were classified as: adhesive between the root dentin and the cement; adhesive between the cement and the post; and cohesive failure in the cement29.
The statistical analysis was performed using the software Statgraphics Plus 5.1 (StatPoint Technologies, Warrenton, VA, USA). Flexural resistance, flexural modulus, fracture resistance, light transmitting and scattering data were subjected to one-way ANOVA. Knoop hardness data were subjected to two-way ANOVA, in order to determine the significance of the two factors – the post (FRC and BD) and the regions in which measurements were taken (0-9) – and their interaction. BS data were subjected to three-way ANOVA in order to determine the significance of the three factors – the post (FRC and BD), the adhesive approach (conventional or self-adhesive) and the root regions (cervical, middle and apical) – and their interaction. Scheffe was applied as a post hoc test. All analyses were performed at a significance level of α = 0.05.
RESULTS
Surface characterization
BD post surface characterization is shown at Figures 5 and 6. It is possible to observe several dentinal tubules, marks from the milling procedure and some cracks at post surface.
Figure 5: Representative SEM image for the BD post surface at a 500X magnification. Arrows are pointing at the marks of the milling procedure and the circle shows a crack.
Flexural strength and flexural modulus
Flexural strength (MPa) and flexural modulus (GPa) means and standard deviations are described in Table 1. There were a statistically significant difference between the groups for both tests (p<0.05). In Table 1, it can be noticed that the flexural strength of FRC post is greater than flexural strength of BD post. Flexural modulus for BD post was higher than for FRC post.
Table 1: Flexural strength (MPa) and flexural modulus (GPa) means and standard deviations
Group Flexural Strength
(mean ± SD)
Flexural Modulus (mean ± SD)
FRC Post 671.77 ± 26.87a 8.04 ± 0.89a
BD Post 231.79 ± 29.99b 10.93 ± 0.81b
In columns, means with different letters are significantly different from each other. FR Test
FR means and standard deviations (N) are described in Table 2. There was statistically significant difference between the groups (p<0.05), FRC post presented higher fracture resistance than BD post.
Table 2: Means and standard deviations (N) of FR test
Groups Mean ± SD (N)
FRC Post 730.40 ± 74.48a
BD Post 578.72 ± 112.56b
Means with different letters are significantly different from each other
Although the failure patterns analysis revealed the occurrence of root fracture for both groups, none of them were considered catastrophic fractures. In Table 3, fracture failure pattern are presented.
Table 3: Failure pattern (%)
Groups Failure pattern type(%)
Root fracture Core fracture Post bending
FRC Post 60 20 20
LT and LS analyses
LT and LS for the BD post resulted in no photons acquisition in any of the measurement sites. Based on the Beer-Lambert law, Figure 7 represents the LS through the FRC post studied. It was noticed an exponential light decay from cervical to apical. Thus, at the apical third, no LS was detected.
Figure 7 – Graphical representation of the absorptivity of the FRC post
Means and standard deviations of number of photons transmitted through the different regions for the FRC posts (p<0,05) are shown in Table 4. It can be noticed that at the apical tip, where LT was observed, the largest number of photons were observed. The number of photons for LS along the posts decreased from the cervical to the apical third.
Table 4 – Means and standard deviation of the number of photons for LT and LS. Post Cervical (LS) Middle (LS) Apical (LS) Apical Tip (LT) FRC Post 737107±2274A 246333±18686B 3915±6781C 1315025±50469D Means with different letters are significantly different from each other
KHN analysis
According to the two-way ANOVA results, the “post” factor had a statistically significant difference (p<0.05) while the “root region” factor did not (p>0.05) The interactions between the two factors did not lead to statistically significant difference (p>0.05).
KHN means and standard deviation for each factor are described in Table 5 and 6. By the results shown in Table 5, it can be noticed that hardness was greater in the resin cement used to lute BD post. In Table 6, it is noticeable that there was no difference on the hardness of the resin cement film, independently of the root region.
Table 5 – KHN means and standard deviation for the post factor
Post Mean ± SD
FRC post 45,28 ± 9,17a
BD post 46,70 ± 7,57b
Means with different letters are significantly different from each other Table 6 – KHN means and standard deviation for the root region factor
Root Region Mean ± SD
9 47,38 ± 6,45a 8 46,56 ± 7,92a 7 45,23 ± 9,41a 6 44,42 ± 12,18a 5 47,19 ± 10,96a 4 45,85 ± 7,35a 3 45,28 ± 6,59a 2 46,37 ± 5,66a 1 44,50 ± 9,69a 0 47,12 ± 5,51a
Means with different letters are significantly different from each other
BS analysis
The three-way ANOVA results showed that the “post” and “root region” factors (Table 7 and Table 8, respectively) did not influence significantly the bond strength (p>0.05). On the other hand, the “luting protocol” factor outcomes showed a
statistically significant difference (p<0.05), as the conventional luting protocol resulted in higher bond strength values than the self-adhesive resin cement (Table 9).
Table 7 – BS means and standard deviation (MPa) for the post factor
Post Mean ± SD
FRC post 5.98 ± 3.44a
BD post 6.70 ± 3.98a
Means with different letters are significantly different from each other
Table 8 – BS means and standard deviation (MPa) for the adhesive approach factor
Adhesive approach Mean ± SD
Conventional 9.14 ± 3.18a
Self-adhesive 3.54 ± 1.34b
Means with different letters are significantly different from each other
Table 9 – BS means and standard deviation (MPa) for the root region factor
Root Region Mean ± SD
Cervical 6.71 ± 3.75a
Middle 6.67 ± 4.17a
Apical 5.63 ± 3.18a
Means with different letters are significantly different from each other
Regarding the interactions between factors, only the “post X luting protocol” presented statistically significant differences (p<0.05), the BS values for the conventional luting protocol were higher than the self-adhesive ones. BS means and standard deviations for this interaction are shown at Table 10.
Table 10 – BS means and standard deviation (MPa) for the interaction “post” X “luting protocol” Groups Mean ± SD FRC Post + Conventional 8.07 ± 3.68a FRC Post + Self-adhesive 3.94 ± 1.41b BD Post + Conventional 10.26 ± 2.13a BD Post + Self-adhesive 3.13 ± 1.17b Means with different letters are significantly different from each other
BS failure patterns analysis results are disposed in Table 11. The most prevalent pattern of failure was adhesive between the resin cement and root dentin.
Table 11– BS failure pattern (%)
Groups Adhesive resin
cement/dentin Adhesive resin cement/post Mixed FRC Post + Conventional 60 0 40 FRC Post + Self-adhesive 83 0 17 BD Post + Conventional 80 3 17 BD Post + Self-adhesive 73 0 27 DISCUSSION
This study intended to compare the performance of a double-tapered experimental bovine dentin post to a well-established glass fiber reinforced composite post with similar design. The mechanical characterization of both posts were inicially evaluated through flexural strength and flexural modulus analysis. The results obtained for both features are in accordance with the literature7,27,32,33
In the present investigation, the root canal dimensions were standardized during specimen selection and preparation with a limited variation on dentin walls thickness, aiming at excluding the influence of the remaining tooth structure in the results. A worst-case scenario was simulated, since no ferule was present, which could explain the root fractures observed.
Regards the fracture resistance test, it is convenient to emphasize that a static load was applied as it can be observed in several studies34-37. In accordance with Hayashi et al.33, regardless of the load types, the tendencies of fatigue fracture resistance were equivalent to those seen in the static fracture test, suggesting that results of the static fracture tests of pulpless teeth could predict those for fatigue resistance. Also, to exclude external strengthening of the post and core and not mask the results, no crowns were placed prior to tests38.
Dentin is a dynamic substrate with a great variability of physical properties and structure, leading to unpredictable biomechanical performance. Although it was expected that the similarity of physicalmechanical properties of dentin posts and root dentin and the more uniform stress distribution should have been observed, the result demonstrated that the mean values obtained by the fracture resistance test for
the BD post was lower than those found for FRC post. This finding is in disagreement with the literature that revealed better results for another experimental post22,24 or, at least, equality between them23. It is imperative to notice that although fracture resistance of teeth restored with BD posts were lower than those of teeth restored with FRC posts, the mean value results were greater than the expected masticatory force that range from 5 to 364N39.
Difference between groups results migth be explained by some methodological differences. Roots used in those studies22,24 presented a ferule, which improves roots mechanical behavior. Also, human dentin was the substrate for manufacturing dentin posts and the milling process used was CAD-CAM. To obtain the dentin post, a device developed to standardize dental preparations was employed. The milling process with this device is uniaxial in oposition to how CAD-CAM works, grinding in two axes. It could be observed that, by grinding in only one direction, stress migth have been induced, generating cracks, which could have been propagated during test loading, leading to an early failure. The crack seen in Figures 5 and 6 may reinforce this possibilty.
The fracture failure pattern was predominantly cervical root fractures, independently of the post used. Nevertheless, all root fractures were considered capable of being restored.
The amount of light that reach the different depths within the root canal is important to assure a good polymerization of the dual resin cement, since insufficient light might be ineffective to start the photoactivated polymerization. This fact could reduce the degree of conversion (DC), thereby decreasing mechanical properties of the luting agent40,41.
In general, manufacturers advocate the translucency of their posts as an important advantage, since this property could influence the dual-curing cements DC40. As Goracci et al. already suggested, the light transmission phenomena through fiber posts can be compared to an optical fiber transmission, in which a light beam is guided along the fiber by total internal reflection. In this kind of reflection, when a light beam attempts to cross media with different refraction indexes, with an incident angle greater than the critical angle, it is totally reflected. In fiber posts, the matrix and the fiber itself are the media with different refraction indexes42. In the present study, light transmission and scattering could be observed for the FRC post. Analyzing the light scattered through the lateral extension of the post, an exponential decay from
cervical to apical region was observed, which is a similar behavior for glass fiber posts observed in other studies42-44 The amount of photons for transmission measurements at the apical tip were statistically higher than the scattering values. This is in accordance with other findings42-44, ratifying that translucent posts behave similarly to optical fibers, as they conduct light more effectively through its long axis.
For the BD posts, no light transmission and scattering were observed. This result is comparable to those acquired for opaque silica-zirconia fiber and carbon fiber posts in previous studies41-44.
As stated before, when dual resin based cements are used, if chemical is the only mode of activation performed, cements could present a low DC45, thus modifying their mechanical properties and chemical stability45,46, which could affect adhesion to tooth structure47 and the subsequent FRC post retention. Along these lines, hardness measurements have been used as a reliable method to indirectly indicate the DC48-50. In the present study, the use of the non-translucent BD post resulted in higher hardness comparing to the use of translucent FRC posts. This is not in conformity with other studies that stated that the light transmitting ability of the post is important to improve the resin cement polymerization41,43,51. The conjecture made by the authors for these results was that the light that reaches the resin cement film at the cervical surface is responsible to start the photoactivated polymerization chain, but is not great enough to suppress the chemical component of polymerization by the faster reaction generated by the light activation52. Considering that, it is reasonable to speculate that the free radicals formed by the chemical polymerization were not entrapped in the polymeric chain formed by the physical polymerization and could contribute to the increase of the overall degree of conversion53,54 and, consequently, of the KHN.
Results for KNH demonstrated no statistically difference for the root region factor. This is in accordance with Navarra et al55 that showed similar degree of conversion for middle and apical thirds whether translucent posts were used or not, speculating that the luting agent light transmitting ability could be enough to activate the photoinitiators at deep areas of the root.
Besides the previous issues discussed, this study also aimed at observing the performance of BD posts facing the retention challenge, since the success of teeth restored with endodontic posts is associated to the stability and retention of the posts. The most common failure in teeth restored with fiber posts and core build-ups
