Desgaste de materiais dentários de restauro direto

Universidade do Minho

Escola de Engenharia

Ana Catarina Fernandes Bentes

Desgaste de Materiais Dentários de Restauro

Direto

Dissertação de Mestrado

Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica

Área de Especialização em Biomateriais, Reabilitação e

Biomecânica

Trabalho realizado sob a orientação do

Professor Doutor José Manuel Ramos Gomes

e

coorientação

do

É AUTORIZADA A REPRODUÇÃO INTEGRAL DESTA DISSERTAÇÃO APENAS PARA EFEITOS DE INVESTIGAÇÃO, MEDIANTE DECLARAÇÃO ESCRITA DO INTERESSADO, QUE A TAL SE COMPROMETE;

Universidade do Minho, ___/___/______

Assinatura: ________________________________________________

“A lei da mente é implacável. Aquilo que pensamos, criamos. Aquilo que sentimos, atraímos. Aquilo em que acreditamos, torna-se realidade” (Buddha)

Agradecimentos

Em primeiro lugar quero agradecer ao meu orientador, o Professor Doutor José Manuel Ramos Gomes, por todo o apoio, dedicação e conhecimento transmitido. Este trabalho não seria possível sem a sua colaboração e sem os seus constantes incentivos.

Quero agradecer também ao Professor Doutor Júlio Souza que apesar de se encontrar longe, compensou sempre essa distância e em nenhuma situação isso influenciou o desenvolvimento do trabalho. Obrigado pela sua disponibilidade em efetuar a análise SEM, por todo o conhecimento transmitido e por todo o seu apoio.

Ao Professor Doutor Filipe Samuel Silva, por ter proporcionado a oportunidade para desenvolver este projeto e por ter ajudado o mesmo a vários níveis.

Um obrigado ao Sérgio Carvalho pelo excelente auxílio técnico e pelas constantes palavras de apoio e incentivo. Foi um prazer trabalhar consigo.

À Kelly Reis, responsável pelo processamento das amostras, obrigado pela sua cooperação e dedicação.

Obrigado também à Professora Doutora Ana Maria Pinto, pela sua disponibilidade e pelo auxílio no manuseamento do microscópio ótico.

Um obrigado a todos os meus amigos, por me apoiarem nesta etapa, por serem pacientes e ouvirem as minhas preocupações e desânimos, sempre dispostos a colocar um sorriso no meu rosto. Um especial agradecimento à Marta Correia e à Joana Pires, por terem sido dois pilares fundamentais durante os dois anos que estive em Braga, não seria fácil sem o vosso apoio. Um obrigado também ao meu namorado, Ivo Café. Obrigado por seres a minha bussola quando eu perdia o norte, pelo suporte e apoio incondicional ao longo de todo o percurso universitário. Obrigado por fazeres parte da minha vida.

Obrigado aos meus avós, Armando e Elisa Fernandes, por todo o apoio, compreensão e por todos os mimos que nunca faltaram.

Agradeço também às minhas irmãs, Rita e Inês Bentes. Não seria a pessoa que sou hoje se não vos tivesse na minha vida. Sei que são e serão as pessoas com quem poderei sempre contar. Por fim, quero agradecer especialmente aos meus pais, José e Rosário Bentes. Tudo isto não seria possível sem a vossa ajuda e sacrifícios. Sempre dedicados a dar-me a melhor educação possível, não poderia deixar de vos dedicar inteiramente esta vitória. Um muito obrigado pelos pais especiais que são.

Resumo

O desenvolvimento de resinas compostas como materiais de restauro dentário direto surgiu através da necessidade de materiais com características óticas semelhantes à estrutura dentária natural. Contudo, o desgaste destas resinas persiste como um dos principais problemas clínicos. Através de vários estudos, verificou-se que a resistência ao desgaste destes materiais depende fundamentalmente de aspetos relacionados com as partículas de carga, nomeadamente do seu tamanho e distribuição, assim como a sua percentagem volumétrica.

O principal objetivo do presente trabalho consistiu na caracterização tribológica de resinas compostas de restauro dentário através da avaliação da sua resistência ao desgaste abrasivo e de deslizamento e pela identificação dos mecanismos de desgaste dominantes. Testes de compressão permitiram determinar a resistência à compressão das resinas compostas assim como o seu módulo de elasticidade. Foram efetuados testes de ball cratering utilizando uma emulsão à base de pasta dentífrica Colgate®Anti-tártaro mais branqueamento como abrasivo, com uma carga normal aplicada de 3 N e uma duração de 300 rotações. O estudo de caracterização tribológica foi complementado com testes de deslizamento linear alternativo na geometria esfera-placa em presença de saliva artificial à temperatura de 37 °. O deslizamento ocorreu contra alumina, com frequência de 1 Hz e carga normal de 25 N.

Foi avaliado o volume de desgaste dos diferentes grupos de resinas compostas em estudo o qual foi relacionado com as suas propriedades mecânicas e a composição em termos de tamanho e percentagem volumétrica das partículas de carga. Como principal conclusão destaca-se a confirmação do papel determinante das partículas de carga no comportamento tribológico das resinas compostas, seja em consequência da ação abrasiva de uma pasta dentífrica, seja como resultado do deslizamento contra uma superfície cerâmica.

Abstract

The development of composite resins as dental restoration materials came through the need for materials that were similar to natural tooth structure. However, wear of these resins still remains as a major clinical problem. Through various conducted studies, it was found that the wear resistance of these materials mainly depends on aspects related with the filler particles, in particular their size and distribution as well as its volume percentage.

The main objective of this work was the tribological characterization of composite resins for direct dental restoration by the evaluation of their resistance to abrasive and sliding wear as well as by the identification of the dominant wear mechanisms. Compression tests have allowed to determine the compressive strength of the composites as well as their modulus of elasticity. Micro-abrasion tests using slurry based on Colgate®Anti-tartar toothpaste whitening as abrasive, with a normal applied load of 3 N and lasting for 300 revolutions were made. The tribological characterization was complemented by reciprocating sliding wear tests using a ball-on-plate geometry in the presence of artificial saliva, at 37° C. Alumina was used as counterface material and these tests were carried out at constant a frequency of 1 Hz and normal applied load of 25 N.

The wear volume was evaluated for the different groups of composite resins and correlated with their mechanical properties and composition in terms of size and volume percentage of filler particles. The determinant role of filler particles on the tribological behavior of composite resins was confirmed both as a consequence of the abrasive action of a toothpaste or due to the sliding against a ceramic surface.

Índice geral

Agradecimentos ... v

Resumo ... vi

Abstract ... vii

Índice geral ... viii

Índice de Figuras ... x

Índice de Tabelas ... xii

Lista de símbolos ... xiii

Lista de abreviaturas ... xiv

1. Introdução ... 15

2. Anatomia Dentária e Dentífricos ... 17

2.1 – Estrutura e anatomia do dente ... 17

2.2 – Dentífricos ... 22

3. Resinas Compostas ... 25

3.1 – Estado da arte ... 25

3.2 - Composição das resinas compostas ... 27

3.3 – Propriedades das resinas compostas ... 30

3.4 – Aplicações clínicas ... 31

4. Biotribologia Dentária ... 32

4.1 – Tribologia ... 32

4.2 – Comportamento tribológico da dentição natural ... 33

4.3 – Comportamento tribológico de materiais dentários artificiais ... 34

5. Materiais e métodos ... 36

5.1 – Preparação das amostras ... 36

5.2 – Testes de compressão ... 37

5.3 – Testes de micro-abrasão ... 37

5.4 – Testes de deslizamento linear alternativo ... 39

5.5 – Microscopia Ótica ... 43

5.6 – Microscopia Eletrónica de Varrimento (SEM) ... 44

6. Resultados e Discussão ... 45

6.1 – Testes de compressão ... 45

6.2 – Testes de micro-abrasão ... 48

6.3 – Testes de Deslizamento Linear Alternativo ... 49

6.4 – Microscopia eletrónica de varrimento (SEM) ... 51

7. Conclusões ... 56

8. Bibliografia ... 58

Índice de Figuras

Figura 1- Representação da dentição primária e permanente [6] ... 17

Figura 2 - – (A) Várias estruturas dentárias existentes na cavidade oral [e2]; (B) Esquema da estrutura do dente [6] ... 18

Figura 3 - Estrutura do esmalte [9] ... 19

Figura 4 - (A) Estrutura da dentina; (B) Estrutura da junção dentina-esmalte [9] ... 20

Figura 5- Imagem de SEM do cemento; FS – Fibras de Sharpey [9] ... 21

Figura 6 - Amálgama utilizado para restauração dentária [19] ... 25

Figura 7- Evolução dos compósitos dentários [22]. ... 27

Figura 8- Estrutura do monómero Bis-GMA [24] ... 28

Figura 9 - Classificação das resinas compostas de acordo com as partículas utilizadas [27] ... 29

Figura 10 - Contração de polimerização que ocorre nas resinas compostas [25] ... 30

Figura 11 - Restaurações diretas utilizando resinas compostas [25] ... 31

Figura 12- Fenómenos tribológicos em ambiente oral classificados de acordo com a literatura dentária: A- abrasão, B- Atrito e erosão [30] ... 32

Figura 13- Abrasão em tecidos dentários naturais. A seta indica a exposição da dentina [32]. .. 33

Figura 14 -(A) Equipamento de micro-abrasão (Plint TE 66); (B) Representação esquemática dos testes de micro-abrasão ... 37

Figura 15 - Amostra preparada para colocação no equipamento ... 38

Figura 16 - Representação esquemática dos testes de micro-abrasão ... 38

Figura 17 – (A) Tribómetro CETR UMT-2 utilizado para os testes de deslizamento linear alternativo; (B) Representação esquemática do tribómetro ... 39

Figura 18 - Pormenor evidenciando o porta-esferas e a placa em resina composta ... 40

Figura 19 - Representação esquemática da formação da pista de desgaste ... 41

Figura 20 - Cálculo da profundidade da pista de desgaste ... 41

Figura 21 - Secção intermédia da pista de abrasão ... 42

Figura 22 - Microscopia ótica das amostras submetidas aos ensaios de deslizamento linear alternativo ... 42

Figura 23 - Cálculo da área da base da secção intermédia da pista de abrasão ... 42

Figura 24 - Microscópio Ótico ... 43

Figura 25- Imagens de microscopia ótica de amostras submetidas a: A,B – testes de micro-abrasão; C,D - testes de deslizamento linear alternativo ... 44

Figura 26 - Gráficos carga (N) versus extensão (mm) obtidos após ensaio de compressão. A-Grandio®So, B- Ceram-X™, C- Clearfil™, D - Natural elegance®. ... 45 Figura 27- Resistência à compressão dos quatro grupos de resinas compostas em estudo. A-Grandio®So, B- Ceram-X™, C- Clearfil™, D - Natural elegance®. ... 46 Figura 28 - Valores para o módulo de elasticidade de cada grupo de resinas compostas. A-Grandio®So, B- Ceram-X™, C- Clearfil™, D - Natural elegance®. ... 46 Figura 29 – Volume de desgaste das crateras de desgaste resultantes dos testes de micro-abrasão. A-Grandio®So, B- Ceram-X™, D - Natural elegance®. ... 48 Figura 30 - Volume de desgaste das pistas resultantes dos testes de deslizamento linear alternativo. A-Grandio®So, B- Ceram-X™, C- Clearfil™, D - Natural elegance®. ... 49 Figura 31 -Imagens SEM dos quatro grupos de resinas compostas em estudo: A-Grandio®So, B- Ceram-X™, C- Clearfil™, D - Natural elegance®. ... 51 Figura 32 - Imagem SEM da cratera de desgaste da resina composta D - Natural elegance® após teste de micro-abrasão. A seta indica a presença de fissuras. ... 52 Figura 33 - Imagem SEM das crateras de desgaste de resinas compostas após teste de micro-abrasão: A-Grandio®So, B- Ceram-X™. ... 52 Figura 34- Imagens SEM dos quatro grupos de resinas compostas após testes de deslizamento linear alternativo: A-Grandio®So, B- Ceram-X™, C- Clearfil™, D - Natural elegance®. ... 54

Índice de Tabelas

Tabela 1- Composição dos dentífricos e função de cada componente [13] ... 23

Tabela 2- Valores de RDA e respetiva abrasividade [18] ... 24

Tabela 3- Monómeros utilizados para fabrico de resinas compostas [25] ... 28

Tabela 4 - Composição das resinas compósitas ... 36

Tabela 5 - Saliva artificial de Fusayama ... 40

Tabela 6 - Propriedades mecânicas do esmalte e dentina [38]. ... 48

Tabela 7 - Valores médios do coeficiente de atrito em regime estacionário das resinas compostas durante o teste de deslizamento linear alternativo contra alumina na presença de saliva artificial ... 50

Lista de símbolos

mm - milimetro µm – micrómetro nm - nanómetro

mPa.s – milipascal segundo GPa – gigapascal

mV/cm2 – milivolt por centímetro quadrado

s – segundo N – Newton kN – kilonewton

mm/min – milímetro por minuto

F – carga máxima suportada pelo material r – raio da secção transversal dos provetes π – pi

E – módulo de elasticidade 𝛿𝛿 – tensão de cedência 𝜀𝜀 – deformação

rpm – rotações por minuto

b – diâmetro externo da cratera de desgaste R – raio da esfera de aço

°C – graus Celsius Hz – Hertz

Lista de abreviaturas

SEM – Microscopia Electrónica de Varrimento FS – Fibras de Sharpey

A.C – Antes de Cristo

ADA - American Dental Association RDA - Relative Dentin Abrasion Bis-GMA - Bisfenol Glicidil Metacrilato TEGDMA – Trietileno Glicol Dimetacrilato UDMA – Uretano Dimetacrilato

1. Introdução

A dentição humana tem um papel importante na rotina diária, não só pela função mastigatória como também está associado com a fala e a estética facial. Com o envelhecimento, fatores patológicos e traumas, lesões como cáries e perda total ou parcial de tecido são dependentes de hábitos, condições gerais de saúde, dieta e higiene do indivíduo. Consequentemente, materiais dentários sintéticos têm sido desenvolvidos e utilizados para restauro e tratamento de lesões da dentição humana. A procura de um material com características óticas semelhantes à estrutura dentária culminou no desenvolvimento das resinas compostas. Este material tem vindo a substituir o amálgama de prata, uma vez que este acarreta algumas desvantagens como o facto polémico de ser composta por mercúrio que é altamente tóxico, a sua cor escura e comportamento mecânico bastante diferente das estruturas dentárias [1].

As resinas compostas têm tido uma grande evolução nos últimos anos a partir de desenvolvimentos tecnológicos na sua composição química resultando em melhor estética e maior resistência mecânica, principalmente ao desgaste. Entretanto, o processo de abrasão resultante da mastigação e escovagem ainda é um problema clínico inevitável para este tipo de materiais para restauros levando a falhas e substituições prematuras do restauro [2,3].

Considerando o processo de escovagem, as pastas dentífricas podem acelerar o processo de abrasão dependendo das propriedades das partículas abrasivas presentes na sua composição. Torna-se importante que as pastas dentífricas sejam aprimoradas consoante as propriedades do esmalte e resinas compostas mantendo o objetivo de remover os resíduos, pigmentos e biofilme oral [4].

Este trabalho tem como principal objetivo o estudo do desgaste e resistência mecânica em resinas compostas de restauro dentário. Para isso, foram efetuados três tipos de testes mecânicos: testes de compressão, testes de micro-abrasão e testes de deslizamento linear alternativo. O estudo do desgaste em resinas compostas torna-se importante uma vez que estas têm vindo a substituir outros materiais existentes e são cada vez mais utilizadas na prática clínica. Compreender o processo de desgaste destes materiais, simulando práticas diárias de higiene dentária, ajuda ao desenvolvimento de melhores materiais de restauro dentário.

A presente dissertação encontra-se estruturada em 7 capítulos. O primeiro capítulo envolve uma introdução e contextualização do problema relacionado ao desgaste das resinas

compostas. São também descritos os objetivos do projeto assim como motivação que levou ao seu desenvolvimento.

Os capítulos 2, 3 e 4 são capítulos dedicados à revisão bibliográfica. O capítulo 2 consiste na revisão bibliográfica relativa à anatomia dentária e dentífricos. Com efeito, torna-se importante abordar o conhecimento relativo às estruturas dentárias e tecidos naturais de forma a compreender o comportamento dos materiais dentários artificiais no ambiente oral quando colocados nestas estruturas, assim como a formulação dos dentífricos. O capítulo 3 é referente às resinas compostas e nele se descreve o estado da arte, a composição, as propriedades e aplicações clínicas das resinas compostas. O capítulo 4 é dedicado à biotribologia dentária, onde se descreve o comportamento tribológico da dentição natural assim como as propriedades tribológica dos materiais artificiais para restauros dentários diretos.

O capítulo 5 consiste nos materiais e métodos. Neste capítulo são descritos os materiais utilizados, nomeadamente o processamento de diferentes grupos de resinas compostas e equipamentos utilizados nos testes de desgaste, assim como os métodos utilizados no tratamento dos resultados obtidos através dos vários testes mecânicos efetuados.

O capítulo 6 é dedicado à análise e discussão dos resultados. Neste capítulo procura-se compreender o comportamento de desgaste e resistência mecânica dos grupos de resinas compostas em estudo.

Por fim, no último capítulo, são referidas as conclusões a retirar após a análise dos resultados obtidos assim como a apresentação de sugestões para futuros desenvolvimentos.

2. Anatomia Dentária e Dentífricos

2.1 – Estrutura e anatomia do dente

A dentição humana é importante para o bom desempenho de funções mastigatórias, articulação, fonação e oclusão. Para além destas funções, a dentição tem um papel fundamental no desenvolvimento dos maxilares e músculos da face [5]. De forma cronológica, dois conjuntos de dentição humana são apresentados ao longo da vida. O primeiro conjunto, denominado primário ou decíduo, começa a desenvolver-se na décima quarta semana de gestação e torna-se completo aos 3 anos de idade. A fase de transição entre o conjunto primário e o segundo conjunto, o permanente, dá-se por volta dos seis anos até aos doze anos de idade. A partir desta idade inicia-se a formação da dentição permanente completa, sendo no total 32 dentes (Figura 1) [6].

Figura 1- Representação da dentição primária e permanente [6]

Existem quatro estruturas dentárias distintas: os incisivos (1,2), caninos (3,4), pré-molares (5,6) e pré-molares (7,8) (Figura 2A). Cada dente possui uma porção acima da gengiva, denominada de coroa e uma ou mais porções abaixo da gengiva, as raízes, que unem os dentes

ao osso alveolar. A coroa é revestida por um tecido mineralizado extremamente duro, o esmalte, e as raízes por outro tecido mineralizado denominado cemento. Na parte interna do dente, abaixo do esmalte encontra-se a dentina que compõe a maior parte da estrutura dentária. A dentina delimita uma região denominada cavidade pulpar que é preenchido por tecido altamente vascularizado e inervado, a polpa dental (Figura 2B) [6].

Figura 2 - – (A) Várias estruturas dentárias existentes na cavidade oral [e2]; (B) Esquema da estrutura do dente [6]

O esmalte dentário é a estrutura mais mineralizada do organismo sendo formada, considerando a odontogénese, por uma matriz extracelular única que resulta da síntese e secreção de proteínas pelas células epiteliais do esmalte. A formação deste tecido é efetuada em duas fases: a fase secretória que envolve a formação de proteínas e da matriz orgânica formando o esmalte parcialmente mineralizado e a fase de maturação onde se completa a mineralização do tecido. As células responsáveis pela formação do esmalte são denominadas ameloblastos e são caracterizadas por possuírem uma extensão conhecida como processo de Tomes que contém numerosos grânulos de secreção contendo as proteínas que constituem a matriz do esmalte. Após a síntese do esmalte, os ameloblastos formam um epitélio protetor que recobre a coroa até a erupção do dente, importante na prevenção de vários defeitos do esmalte. A unidade básica do esmalte são os prismas que estão unidos entre si pelo esmalte interprismático. Tanto os prismas como o esmalte são formados por cristais de hidroxiapatita diferindo apenas na orientação dos cristais. Cada prisma estende-se ao longo do esmalte sendo que o agrupamento dos prismas é importante para as propriedades mecânicas do esmalte. Este tecido tem uma forma complexa resultando numa estrutura capaz de resistir mecanicamente a cargas mecânicas essenciais assim como fenómenos abrasivos ao longo de toda a vida do indivíduo [7, 8]. O esmalte difere de outros tecidos mineralizados do organismo (como a cartilagem óssea e a dentina) uma vez que não apresenta colagénio na sua composição, é de origem epitelial e não sofre reabsorção nem

A B

regeneração. É constituído por cerca de 92-96% de matéria inorgânica (essencialmente hidroxiapatita), 1-2% de matéria orgânica e 3-4% de água. A elevada dureza do esmalte é consequência da elevada percentagem de matéria inorgânica sendo o tecido mais duro do organismo [9, 10]. Na Figura 3 é possível observar uma imagem resultante da análise SEM da estrutura do esmalte. As setas indicam a presença de prismas neste tecido.

Figura 3 - Estrutura do esmalte [9]

A dentina é um compósito biológico complexo em termos fisiológicos e anatómicos. É composta por tecido conjuntivo mineralizado e especializado. Entre a dentina e o esmalte existe uma zona de transição que apresenta um gradiente de propriedades compensando a fragilidade do esmalte. O processo de formação da dentina, a dentinogenese, é efetuada em duas etapas. A primeira etapa consiste na formação da pré-dentina onde ocorre a deposição da matriz orgânica e das substâncias inorgânicas sendo finalizada pela formação da dentina radicular. A matriz orgânica é segregada por odontoblastos, células localizadas na periferia da polpa junto à dentina. Estas células possuem uma extensão ramificada que penetra na dentina denominada de prolongamento ondontoblástico. Estes prolongamentos tornam-se mais longos à medida que a dentina se torna mais espessa ocupando canais estreitos existentes na estrutura dentária, os túbulos dentários. A sua espessura é maior quanto mais próxima do corpo do odontoblasto. A segunda etapa da dentinogenese é a mineralização que consiste na deposição de cristais de hidroxiapatita na superfície das fibras de colagénio. Esta etapa ocorre na junção dentina/pré-dentina formando uma nova camada denominada dentina/pré-dentina primária. Após a formação da dentina/pré-dentina primária os cristais de hidroxiapatita são depositados no interior das fibras de colagénio [7, 8]. Ao

contrário do tecido ósseo, a dentina não é vascularizada e é constituída por 70% de matéria inorgânica (cristais de hidroxiapatita), 18% pela matriz orgânica (fibras de colagénio) e 12% de água (% peso). Na Figura 4A é possível observar uma imagem obtida por microscopia eletrónica de varrimento da estrutura da dentina. As setas indicam as áreas onde a dentina intertubular e peritubular se encontram enquanto os símbolos (*) indicam apenas a dentina intertubular.

As propriedades mecânicas e estruturais da dentina variam de acordo com a localização. É um tecido com dureza superior ao osso e inferior ao esmalte sendo por isso mais radiolucente. Os prolongamentos odontoblásticos são responsáveis pela percepção de alterações de temperatura, pH, pressão e cargas o que resulta em sensibilidade dolorosa. A dentina é sensível a diversos estímulos como temperatura, trauma e pH ácido, sendo todos estes estímulos percetíveis como dor [9, 11]. A junção dentina-esmalte tem elevada importância na medida em que inibe a propagação de fissuras dissipando as tensões a que os dentes poderão estar sujeitos. Esta junção apresenta elevada resistência à fratura sendo que na camada mais interior do dente a dentina tem maior elasticidade suportando melhor a integridade do esmalte e prevenindo a fratura deste [9]. Na Figura 4B é possível observar a estrutura desta junção onde “D” representa a dentina, “E” o esmalte e as setas indicam a presença dos prismas do esmalte.

Figura 4 - (A) Estrutura da dentina; (B) Estrutura da junção dentina-esmalte [9]

A polpa dentária é um tecido conjuntivo mole, ricamente vascularizado e inervado. Contem na sua composição várias células como odontoblastos, fibroblastos e uma matriz que contem fibras de colagénio assim como vários glicosaminoglicanos [7, 8]. Este tecido é formado a partir das células mesenquimais e tem várias funções: formação, nutrição, sensorial e defensiva. A função mais importante da polpa é a formação da dentina durante o período de desenvolvimento e o seu complexo sistema sensorial controla o fluxo sanguíneo e é responsável pelo alívio da sensação de dor [6, 12].

O periodonto é uma estrutura dinâmica composta por tecidos que apoiam e envolvem o dente. É constituído pela gengiva, ligamento periodontal, cemento e osso alveolar. A estrutura e função dos tecidos do periodonto são mutuamente dependentes [12].

O cemento é um tecido duro complexo responsável pela junção da raiz do dente e do osso alveolar através de um ligamento periodontal. Este tecido cobre a superfície da raiz do dente e não contem vasos sanguíneos nem linfáticos, não possui inervação e não regenera. É caracterizado por uma contínua deposição ao longo da vida. Tem como principal função a contribuição para o processo de reparação após dano na superfície radicular. Pode ser classificado de duas formas: cemento acelular que se forma durante a formação da raiz e na erupção do dente e o cemento celular que se forma em resposta às solicitações funcionais sobre o cemento acelular. As células do cemento celular são incorporadas ao cementoide que se mineraliza para formar cemento. Os cementócitos comunicam entre si através de processos citoplasmáticos. A presença de cementócitos permite o transporte de nutrientes para o cemento e contribuem para a manutenção da vitalidade deste tecido. As fibras inseridas no cemento da raiz e do osso alveolar são denominadas de fibras de Sharpey (FS) (Figura 5) e consistem em fibras de colagénio que penetram no tecido ósseo e prendem o dente ao osso. É constituído por 65% de matéria inorgânica (hidroxiapatita), 23% de matéria orgânica (essencialmente fibras de colagénio do tipo I) e 12% de água [7, 8].

Figura 5- Imagem de SEM do cemento; FS – Fibras de Sharpey [9]

O ligamento periodontal é o sistema que liga o dente ao osso alveolar. É formado essencialmente por fibras de Sharpey, vasos sanguíneos e linfáticos assim como terminações nervosas que circundam a raiz do dente unindo-a ao osso alveolar. É também constituída por diversas células como fibroblastos, cementoblastos, osteoblastos, macrófagos e células endoteliais. Tem várias funções como a formação e nutrição assim como propriedades físicas e

sensoriais específicas. As fibras do ligamento são organizadas para suportar pressões exercidas durante a mastigação e consequentemente evita a transmissão direta da pressão para o osso que poderia ocasionar uma reabsorção óssea localizada [7, 8].

O osso alveolar é um tecido conjuntivo mineralizado que está em contato direto com o ligamento periodontal. É um osso imaturo no qual as fibras de colagénio não estão organizadas no padrão típico do osso adulto. Estas fibras de colagénio estão dispostas em feixes que penetram neste tecido e no cemento, formando uma espécie de ponte entre estas duas estruturas. Os vasos sanguíneos atravessam o osso alveolar e penetram no ligamento periodontal ao longo da raiz. Este tecido é constituído por 33% de matriz orgânica e 67% de matéria inorgânica (hidroxiapatita). Além de ser responsável por manter a estrutura dentária, o osso alveolar tem a função de proteção, locomoção e reservatório [7, 8].

2.2 – Dentífricos

Os dentífricos são utilizados como veículo de flúor e agentes químicos de forma a controlar o acúmulo de biofilme oral e consequentemente prevenir o desenvolvimento de cáries e doenças periodontais. Têm como função a limpeza e polimento das superfícies do dente utilizando uma escova para esse fim [13].

Os dentífricos têm sido utilizados desde a antiguidade e são atualmente um elemento indispensável dos cuidados de saúde dentária. O desenvolvimento dos dentífricos teve início na China e Índia em 300 – 500 A.C e os abrasivos utilizados eram bastante simples tais como osso e cascas de ovo esmagadas. Os dentífricos modernos foram desenvolvidos em 1800 e a sua formulação continha sabão e giz. No entanto, após a segunda guerra mundial, devido aos avanços na síntese de diferentes detergentes o sabão foi substituído por sulfato de sódio. Recentemente existem formulações que libertam agentes ativos e previnem e/ou tratam doenças periodontais. O primeiro agente ativo utilizado foi o fluoreto em 1914 mas a ADA (American Dental Association) só consentiu a sua utilização em 1960. Para além do fluoreto, responsável por reduzir cáries dentárias existem outros agentes terapêuticos como o nitrato de potássio para tratar a hipersensibilidade dentária e o triclosan para reduzir inflamação da gengiva [14,15].

Atualmente os dentífricos são produzidos de forma a servirem vários propósitos em simultâneo e possuem uma composição química complexa. São também utilizados como veículos para agentes anti-microbianos que previnem doenças periodontais [14,15].

Os dentífricos são compostos por uma variedade de componentes que permitem que estes desempenhem a sua função sem causar problemas nomeadamente o desgaste do esmalte (Tabela 1) [13].

Tabela 1- Composição dos dentífricos e função de cada componente [13]

Componente Função

Humectante Melhora consistência e facilita dispersão na saliva

Água Solvente

Espessante Evita separação de elementos sólidos e líquidos

Detergente Facilita limpeza mecânica

Flavorizante Sabor

Conservantes Evita contaminação microbiana Agentes preventivos e terapêuticos Prevenção de doenças periodontais.

Os abrasivos também estão presentes na composição dos dentífricos com o objetivo de garantir a limpeza e polimento dos dentes sendo que os mais utilizados são a sílica, o carbonato de cálcio e o bicarbonato de cálcio. No entanto estes abrasivos têm sido relacionados com o desgaste dental. As manchas nos dentes estão associados à pigmentação da pelicula adquirida, a qual se forma na superfície do dente provocada pela acumulação de proteínas salivares. Enquanto a placa bacteriana pode ser removida utilizando apenas uma escova, para a remoção da pelicula adquirida é necessário um abrasivo.

É necessário estabelecer um limite de abrasividade considerando a dureza das estruturas dentárias. Este limite de abrasividade é denominado de RDA (relative dentin abrasion) [13, 16]. O RDA consiste num método in vitro que permite determinar a capacidade do dentífrico em remover a dentina. O valor depende do tamanho, concentração e estrutura de superfície do abrasivo utilizado [17]. O conhecimento do RDA do dentífrico é importante uma vez que a abrasividade do produto deve ser determinada de forma a assegurar que durante a sua utilização os tecidos não sejam comprometidos. No entanto, o significado clínico do RDA ainda não está completamente avaliado [18]. Na Tabela 2 é possível observar os valores de RDA e respetiva abrasividade.

Tabela 2- Valores de RDA e respetiva abrasividade [18]

RDA Abrasividade

0 – 70 Baixa

70 – 100 Média

100 – 150 Elevada

150 – 250 Limite máximo permitido

Existem vários tipos de dentífricos disponíveis no mercado entre os quais: anticárie e antiplaca, anti-tártaro, anti-sensibilidade por fim os clareadores dentais que utilizam peróxidos associados a agentes abrasivos e removem pigmentos extrínsecos do esmalte [13, 16].

3. Resinas Compostas

3.1 – Estado da arte

Previamente ao desenvolvimento das resinas compostas, o amálgama de prata era o material d primeira escolha para proceder a restauros diretos (Figura 6). Este material consiste essencialmente em partículas de Ag-Sn-Cu combinado com mercúrio. A reação de cristalização entre o mercúrio e a liga resulta na formação de um material de restauro mas no entanto apresenta uma cor escura o que afeta o resultado da restauração. O amálgama de prata tem sido utilizada com sucesso durante vários anos. Porém, por diversas razões, incluindo o desenvolvimento de resinas compostas e o facto do nível de biocompatibilidade ser dúbio e frequentemente questionável, a sua utilização clínica tem vindo a diminuir [19].

Figura 6 - Amálgama utilizado para restauração dentária [19]

As primeiras resinas desenvolvidas, destinadas a restauros dentários diretos, foram as resinas acrílicas quimicamente ativas. Eram resultado da combinação de metilmetacrilatos e polímeros. No entanto a alta contração de polimerização associada a baixa estabilidade de cor prejudicaram o seu desempenho a curto e médio prazo. Na tentativa de reduzir a elevada contração de polimerização foram inseridas partículas inorgânicas de carga que geram uma redução relativa do volume ocupado pelo monómero. O insucesso clínico das resinas acrílicas foi determinado pela falta de união química entre as partículas de carga e o polímero após polimerização o que gerava fissuras entre a matriz polimérica e as partículas inorgânicas resultando num material com baixa resistência ao desgaste e pouca estabilidade de cor [20, 21].

Na década de 50, foram desenvolvidas as resinas epóxicas. Estas resinas têm algumas vantagens tais como baixa contração de polimerização, baixa solubilidade do polímero e alta resistência mecânica. No entanto, os longos períodos de polimerização tornaram-se uma desvantagem para a utilização destas resinas [20, 21].

Com o intuito de unir as características desejáveis das resinas acrílicas com as resinas epóxicas foi desenvolvido um novo monómero denominado de bisfenol glicidil metacrilato (Bis-GMA). Este monómero tem alto peso molecular e significante menor contração de polimerização. O Bis-GMA contém a espinha dorsal das resinas epóxicas com terminações de grupos metacrilatos. A união deste monómero com cargas inorgânicas deu origem às resinas compostas. Uma vez que este monómero tem viscosidade elevada, é habitualmente misturado com outros dimetacrilatos tais como TEGDMA ou UDMA. [20, 21]

Desde o aparecimento das resinas compostas, têm sido desenvolvidas mudanças que envolvem as partículas de carga, as quais têm sido reduzidas em tamanho, para produzir materiais que demonstram maior resistência ao desgaste. As propriedades dos restauros utilizando resinas são consideravelmente influenciadas pelas partículas de carga utilizadas e as resinas compostas são distinguidas pelas características destas partículas e em particular pelo seu tamanho. De facto, as partículas de carga em compósitos dentários influencia diretamente a radiopacidade, resistência ao desgaste, módulo de flexão e coeficiente de expansão térmica. A contração de polimerização correlaciona-se com a quantidade volumétrica das partículas de carga no compósito, pois afeta a proporção de matriz polimérica suscetível à contração [22, 23].

As primeiras resinas compostas, desenvolvidas no final da década de 70, continham partículas de carga em escala macrométrica alcançando um tamanho médio até 50 µm. Os materiais que continham estas partículas eram bastante mais resistentes mas muito difíceis de polir e consequentemente obter uma superfície com baixa rugosidade. Atualmente as partículas inorgânicas apresentam um tamanho médio entre 0,2 e 5 µm [22, 23].

No início da década de 80, foram desenvolvidas partículas de carga esféricas com tamanho micrométrico. No entanto estas partículas alcançavam um tamanho médio de 40nm. As partículas de carga de tamanho micrométrico teriam sido denominadas partículas de carga nanométricas mas devido à falta de experiência com a escala nano na altura tal não foi possível. Estes compósitos permitiam excelente polimento mas apresentavam baixa resistência mecânica devido à baixa quantidade de partículas de carga [22, 23].

No fim da década de 80 foram desenvolvidos compósitos com partículas inorgânicas com tamanho aproximado de 1 µm juntamente com uma porção de sílica coloidal com tamanho médio de 40nm. Estes compósitos foram denominados de resinas compostas híbridas. Desenvolvimentos no tamanho das partículas resultaram em compósitos com tamanho de partículas entre 0,4 e 1 µm, denominadas resinas compostas micro híbridas. Estes materiais

Figura 7- Evolução dos compósitos dentários [22].

foram considerados universais uma vez que podem ser utilizados para aplicações de restauro anteriores e posteriores baseados na sua combinação de resistência mecânica e baixa rugosidade promovendo adequado efeito estético. O desenvolvimento mais recente são os compósitos com partículas de carga de tamanho nanométrico. Muitos fabricantes têm modificado as formulações das resinas compostas micro-híbridas para incluírem maior quantidade de nano partículas sendo denominados de nano-híbridas. Em geral, torna-se difícil distinguir entre os nano-híbridas e os micro-híbridas uma vez que as propriedades mecânicas de ambos tendem a ser semelhantes [22, 23]. Na Figura 7 é possível observar a evolução dos compósitos dentários.

3.2 - Composição das resinas compostas

Na maioria das resinas compostas existentes o monómero utilizado é o BisGMA (Figura 8). Este monómero possui baixo peso molecular (513,00), elevada viscosidade dinâmica (₁₀6 mPa.s) e baixa flexibilidade. Estas duas últimas características conferem um baixo grau de conversão à temperatura ambiente. Devido à alta viscosidade do BisGMA dois outros monómeros de baixo peso molecular, TEGDMA e EGDMA, são adicionados de forma a diminuir a viscosidade da matriz polimérica facilitando a sua manipulação. Além da diminuição da viscosidade esta mistura de monómeros permite uma maior incorporação de partículas de carga e um maior grau de conversão dos monómeros em polímeros. No entanto, a mistura apresenta também a desvantagem de aumentar a contração de polimerização da matriz polimérica influenciando

negativamente as propriedades mecânicas das resinas compostas. A magnitude da contração de polimerização depende do peso molecular e do grau de conversão da molécula. Quanto maior o peso molecular do monómero, menor a contração de polimerização assim como quanto maior a reatividade, maior o grau de conversão dos monómeros em polímeros e consequentemente maior a contração de polimerização [20, 24].

Figura 8- Estrutura do monómero Bis-GMA [24]

Outro monómero utilizado para a matriz orgânica é o UDMA com peso molecular semelhante ao BisGMA (470,56) mas com menor viscosidade (11 000 mPa.s) o que permite a sua utilização isolada, ou seja, não existe a necessidade de utilizar monómeros diluentes. Quanto menor for a viscosidade da matriz, maior quantidade de carga pode ser incorporada aumentando a rigidez e a resistência mecânica e diminuindo o coeficiente de expansão térmica e a solubilidade [20]. Na Tabela 3 apresentam-se os monómeros utilizados no fabrico de resinas compostas.

Tabela 3- Monómeros utilizados para fabrico de resinas compostas [25]

Substância Nome Espécie química Peso molecular

BisGMA Bisfenol glicidil

metacrilato

C29H36O8 513,0

TEGDMA Trietileno glicol

dimetacrilato

C14H22O6 286,32

UDMA Uretano

dimetacrilato

C23H38N2O8 470,56

Os inibidores estão presentes na constituição das resinas compostas unicamente com dois objetivos: evitam a polimerização espontânea dos monómeros e aumentam o tempo de vida útil da resina [20].

Os modificadores de cor permitem às resinas atingirem diferentes cores de forma a mimetizar as estruturas dentárias de cada paciente. São adicionados pigmentos inorgânicos, nomeadamente óxidos metálicos com alto peso molecular. As resinas compostas com reduzida

quantidade de óxidos são translúcidas tornando-as ideais para mimetizar o esmalte. Por outro lado, resinas que contêm maior quantidade de óxido são mais opacas sendo ideias para substituição da dentina [20, 26].

Os monómeros polimerizam por reação de adição que é iniciada pela formação de radicais livres. Esta reação é efetuada pelo sistema iniciador/ativador que está presente na constituição da resina. Dois grupos de resinas são comercialmente apresentadas: resinas compostas quimicamente ativas e resinas compostas fotoativadas. A maioria das resinas utilizadas atualmente sofre uma polimerização por fotoativação sendo comercializadas com uma consistência pastosa e armazenadas em bisnagas [20, 26].

De facto, a adição de partículas inorgânicas é o mais importante pois reduz a quantidade de matriz orgânica diminuindo assim algumas desvantagens como a contração de polimerização, alto coeficiente de expansão térmica e a absorção de água. Na maioria das resinas disponíveis atualmente é utilizada sílica coloidal como partícula de carga. Juntamente com a sílica coloidal são utilizados outros tipos de partículas de carga como partículas de vidro de bário, estrôncio, zircónia e fluoreto de itérbio. Estas substituíram as partículas de quartzo pois têm uma dureza menor permitindo também melhor moagem para atingir tamanhos inferiores a 6 µm. As partículas contribuem para a radiopacidade das resinas facilitando a deteção de cáries [20, 26]. Na Figura 9 é possível observar a classificação das resinas compostas de acordo com as suas partículas de carga.

Figura 9 - Classificação das resinas compostas de acordo com as partículas utilizadas [27]

Para que as partículas de carga cumpram a sua função é necessário que estejam unidas quimicamente à matriz orgânica. Esta união garante uma distribuição mais uniforme das tensões geradas no ambiente oral. Falhas no estabelecimento desta união provocam a concentração de tensões na interface carga/matriz dando origem à formação de fissuras. Estas fissuras são responsáveis pela redução das propriedades mecânicas, facilitando a entrada de fluídos e acelerando a degradação das resinas [20].

As resinas compostas podem ser classificadas em 3 grupos distintos:

• Resinas de classe 1: compreendem todas as resinas autopolimerizáveis, isto é, a polimerização ocorre durante a mistura entre o iniciador e o ativador;

• Resinas de classe 2: polimerização das resinas é efetuada a partir da energia de uma fonte externa sendo que estes materiais estão subdivididos:

o Classe 2 grupo 1 – materiais que requerem aplicação de energia intra-oral; o Classe 2 grupo 2 – materiais que requerem aplicação de energia extra-oral; a • Resinas de classe 3: compreendem materiais de polimerização dual, ou seja, materiais

que polimerizam tanto por mecanismos químicos como físicos.

3.3 – Propriedades das resinas compostas

Como reportado previamente, a adição de partículas inorgânicas traz vantagens a estas resinas compostas como a rigidez, dureza, resistência e baixo coeficiente de expansão térmico linear [25].

A polimerização das resinas compostas ocorre aquando a conversão do monómero em polímero e depende de vários fatores tais como a composição das resinas, a radiopacidade e a concentração do sistema iniciador/ativador. O grau de conversão depende em grande parte das propriedades e características do material sendo que materiais com elevado grau de conversão demonstram melhores propriedades mecânicas. A contração de polimerização é determinada pela percentagem volumétrica das partículas de carga e pela composição da matriz. Este fenómeno ocorre quando os monómeros reagem entre si e estabelecem uma ligação covalente resultando uma redução de volume. Esta redução volumétrica origina microinfiltrações entre a resina e a estrutura dentária podendo resultar em doenças periodontais, nomeadamente a cárie dentária e podendo ainda comprometer a viabilidade da restauração. Na Figura 10 encontra-se representada a contração da resina durante a polimerização resultando na formação de uma fenda marginal [25].

Figura 10 - Contração de polimerização que ocorre nas resinas compostas [25]

As resinas têm uma resistência à flexão, tenacidade à fratura e resistência à tração próximas à amálgama de prata. No entanto, têm menor módulo de elasticidade (6-14 GPa) o que poderá permitir o aumento da deformação plástica e/ou desgaste durante o seu desempenho [22].

O efeito das partículas inorgânicas nas propriedades das resinas compostas depende do tipo, forma, tamanho e quantidade de partículas incorporadas e a união destas partículas com a matriz da resina. As propriedades térmicas e mecânicas variam de acordo com as características das resinas. A resistência à compressão e o módulo de elasticidade aumentam com o aumento da quantidade das partículas de carga assim como a resistência à abrasão, provavelmente consequência do aumento da dureza. Se as partículas de carga adicionadas forem translúcidas, as propriedades óticas da resina são melhoradas e é produzida uma aparência semelhante à dentição natural [25]. Relativamente às propriedades térmicas, também influenciadas pelas partículas de carga, sabe-se que com o aumento do conteúdo de carga o coeficiente de expansão térmica diminui. A difusão térmica também depende da quantidade de partículas de carga presentes. As resinas compostas não possuem capacidade de adesão às estruturas dentárias e por este motivo é necessário a aplicação de um sistema adesivo sobre o esmalte e dentina [25]. 3.4 – Aplicações clínicas

As restaurações dentárias podem ser classificadas de duas formas: restaurações anteriores ou posteriores. A escolha do material a utilizar numa restauração depende de como o defeito é classificado. As resinas compostas são o material ideal tanto para restaurações anteriores como para restaurações posteriores uma vez que para restauros anteriores os fatores a ter em conta são principalmente a aparência estética, a combinação de cor e polimento. Enquanto para os restauros posteriores é importante ter em conta fatores como a resistência mecânica ao desgaste e elevada resistência à fratura [25]. Na Figura 11 podem observar-se duas restaurações diretas efetuadas com resinas compostas.

Figura 11 - Restaurações diretas utilizando resinas compostas [25]

4. Biotribologia Dentária

4.1 – Tribologia

A tribologia consiste na ciência que estuda os fenómenos do atrito, desgaste e lubrificação de sistemas em que superfícies com movimento relativo se contatam [28]. Os três termos atrito, abrasão e erosão são utilizados na literatura dentária para descrever o desgaste de dentes e materiais dentários. O atrito descreve o desgaste em locais de contacto entre dentes; o conceito de abrasão é utilizado para desgaste em locais sem contacto e erosão descreve a perda de material atribuído a efeitos químicos (Figura 12). Estes termos são bastante diferentes dos termos de engenharia utilizados em tribologia para descrever processos similares de desgaste uma vez que estes descrevem as manifestações clinicas em vez de descreverem os mecanismos de desgaste [29].

Figura 12- Fenómenos tribológicos em ambiente oral classificados de acordo com a literatura dentária: A- abrasão, B- Atrito e erosão [30]

No presente estudo é dada preferência à terminologia de engenharia para descrever os conceitos de tribologia. Assim, sob o ponto de vista de engenharia, o desgaste por abrasão é o tipo de desgaste mais comum. Com efeito, a uma escala microscópica nenhuma superfície é completamente lisa, sendo constituída por uma distribuição aleatória de picos e vales formando as asperidades. Dependendo da micro-rugosidade das superfícies são originados micro contactos cujo número e dimensão determinam a área real de contacto. Quando ocorre contato entre superfícies de diferente dureza, as asperidades da superfície mais dura comportam-se como protuberâncias abrasivas. Dependendo da presença ou não de partículas soltas na interface de contato, a tribologia distingue dois tipos de abrasão: abrasão a dois corpos e abrasão a três corpos [31].

A B

4.2 – Comportamento tribológico da dentição natural

O ambiente oral tem um papel extremamente importante no comportamento tribológico tanto da dentição natural como artificial. Neste ambiente ocorrem vários fenómenos, entre eles a abrasão [32].

Na medicina dentária a definição de abrasão consiste no atrito entre dente ou restauro e um agente exógeno causando uma forma de desgaste que normalmente é resultante de interações a três corpos. A fricção e abrasão podem resultar do contacto direto entre os dentes e quaisquer partículas abrasivas durante a mastigação e escovagem. Os benefícios da escovagem são muito maiores que as desvantagens, no entanto a abrasão pode ocorrer como resultado de uma escovagem demasiado agressiva e a utilização inapropriada de fio dental. A abrasão é dividida em diferentes categorias: abrasão patológica onde ocorre perda do tecido dentário de forma não natural através de processos mecânicos como a escovagem, abrasão fisiológica onde existe perda natural de tecido dentário e abrasão profilática que resulta da acção de agentes patogénicos. A abrasão no ambiente oral pode variar consideravelmente devido a diferentes substratos, superfícies de abrasão opostas, sistemas de lubrificação e abrasivos [32].

O desgaste dentário tem consequências clínicas significativas tanto estéticas como funcionais. A perda da superfície do dente causada por abrasão é o problema clínico mais comum com diversos estudos epidemiológicos a estimar uma prevalência de 97%, com 7% da população a necessitar de tratamento. Se o desgaste não for controlado, o esmalte irá eventualmente fissurar causando a exposição da dentina que consequentemente irá acelerar as taxas de desgaste (Figura 13) [32].

Figura 13- Abrasão em tecidos dentários naturais. A seta indica a exposição da dentina [32].

O desgaste excessivo dos dentes pode resultar em consequências desastrosas tais como danos inaceitáveis às superfícies de oclusão, alteração do movimento mastigatório, hipersensibilidade da dentina e patologias da polpa dentária. A boca providencia um sistema

tribológico extremamente complexo. Por este motivo, a abrasão de dentes e restauros é multifatorial onde ocorrem processos físicos e químicos [32].

O atrito ocorre durante as funções orais normais, no entanto o desgaste dentário, um processo cumulativo e multifatorial, é irreversível. Foi demonstrado que a taxa de desgaste dentário está associado a fatores como idade, género, distúrbios gastrointestinais, toma excessiva de frutos cítricos ou alimentos com baixo pH, fatores ambientais, fatores associados à saliva e anomalias congénitas de tecido dentário [32].

Um estudo efetuado da fricção e desgaste do esmalte e dentina contra esferas de titânio utilizando saliva artificial como lubrificante demonstrou que a zona do esmalte sofre menor atrito em comparação com a zona da dentina do mesmo dente [32].

4.3 – Comportamento tribológico de materiais dentários artificiais

Considerando o complexo ambiente oral e a sua biomecânica, os processos de desgaste em materiais dentários artificiais são complicados e normalmente incluem fenómenos de atrito, adesão, abrasão, corrosão e fadiga. Estes processos causam a perda de superfície dos materiais artificiais presentes na boca. O desgaste tem demonstrado ser um grande problema na utilização de materiais artificiais, especialmente em restauros com resinas compostas, levando a falhas prematuras e substituição do restauro [32].

A resistência ao desgaste de materiais dentários artificiais é importante para a longevidade clínica, estética e resistência à placa dental. Os estudos estão fundamentalmente virados para a resistência ao desgaste de materiais dentários artificiais e a predisposição destes materiais para criar desgaste nas superfícies opostas, especialmente o esmalte [32].

O principal problema da utilização de materiais compostos é a resistência inadequada ao desgaste quando utilizados como restauros posteriores, devido à existência de cargas mais elevadas nesta zona, que consequentemente resulta na perda da forma anatómica. O desgaste pode ocorrer devido a fatores materiais ou clínicos. Os fatores materiais consistem no tamanho, forma e dureza das partículas inorgânicas, a percentagem volumétrica destas partículas, o espaço entre elas, a distribuição das partículas e o seu grau de conversão de monómero em polímero. [32,33].

Uma vez que o processo de abrasão a três corpos envolve o desgaste de material através de abrasivos com elevada dureza, a adição de partículas inorgânicas com maior dureza a uma matriz com dureza menor permite melhorar a resistência à abrasão do material. Um fator importante é o tamanho das partículas. Testes efetuados in vitro indicam que resinas compostas

que continham partículas esféricas com 0,2 µm de diâmetro exibiam uma maior resistência ao desgaste comparado com resinas que continhas partículas inorgânicas de tamanho superior. Um aspeto importante de referir também é a fragilidade das partículas. Por outro lado, sob elevadas tensões, as partículas inorgânicas frágeis podem fraturar ou serem ejetadas da superfície causando rápida abrasão da resina composta [33].

Além da adição de partículas inorgânicas à matriz da resina composta, as interações entre partículas e a matriz têm grande efeito no aumento da resistência ao desgaste. Estudos indicam que à medida que a percentagem volumétrica das partículas de carga aumenta, o desgaste foi reduzido independentemente do tratamento efetuado às partículas inorgânicas. O espaçamento entre partículas e a distribuição destas na matriz também influencia as propriedades físicas e o comportamento ao desgaste das resinas compostas. Ao diminuir o espaçamento entre partículas há consequentemente uma diminuição do desgaste, uma vez que partículas inorgânicas localizadas muito próximas entre si protegem a matriz da resina. Estudos indicam que o espaçamento crítico entre as partículas deve ser entre 0,1 – 0,2 µm [33].

A composição da matriz polimérica é também um fator importante que afeta a taxa de desgaste das resinas compostas. Assim, por exemplo, a maior resistência ao desgaste associada ao par de monómeros UEDMA/TEGDMA pode ser relacionado com o seu grau de conversão mais elevado do que no caso do par BisGMA/TEGDMA [33].

O desgaste em materiais de restauro dentário pode originar consequências sistémicas através da ingestão ou inalação de partículas resultantes do desgaste. Em resinas compostas, além da preocupação existente com as partículas que se libertam do monómero, as partículas inorgânicas de tamanho nano e micrométrico que se podem aglomerar nos tecidos biológicos podem originar patologias no fígado, rins e intestinos. Alguns resultados da simulação do desgaste mostram que a maioria das resinas compostas que são desintegradas durante fenómenos de atrito ou abrasão têm diâmetros menores que 100 µm, o que corresponde ao valor para absorção de partículas no trato respiratório e digestivo [34].

5. Materiais e métodos

5.1 – Preparação das amostras

Neste estudo foram utilizados quatro grupos de resinas compostas disponíveis comercialmente: Grandio®So (Voco, Alemanha); Ceram-X TM (Dentsply, Alemanha); Clearfil ™ (Kuraray, Japão); e Natural Elegance® (Henry Schein, EUA). Na Tabela 4 está descrita a composição de cada uma das resinas utilizadas, de acordo com o fabricante.

Tabela 4 - Composição das resinas compósitas

Compósito Composição Composição

Inorgânica

Orgânica Tipo Dimensão(µm) Fração

(volume/peso)

Grandio®So BisGMA, BisEMA Vidro de bário 1 73%

(Voco) UDMA, TEGDMA Sílica 20 x 10-3 _{– 40 x 10}-3

Ceram-X™ BisGMA Vidro de bário 1 56%

(Dentsply) TEGDMA Sílica 10 x 10-3

Clearfil™ BisGMA Vidro de bário 0,1 - 2,5 82%

(Kuraray) TEGDMA Sílica 20 x 10-3 _{- 60 x 10}-3

Natural elegance®

BisGMA Vidro de bário 0,01 - 0,7 54%

(Henry Schein) Sílica 20 x 10-3 _{– 60 x 10}-3

As amostras dos quatro grupos de resinas compostas foram processadas de acordo com as instruções do fabricante. Foram produzidas 40 amostras com dimensões 10x10x2 _mm3para efetuar os testes de desgaste e 40 amostras com dimensões 6x4 _mm2 e para os testes de compressão. As resinas foram inseridas em incrementos de 2 mm em silicone de adição (Aquasil Soft Putty, Dentsply) com uma espátula de Heidemann. Os incrementos de resina foram posicionados com o brunidor e fotopolimerizados durante 40 s com o aparelho calibrado (Cicada CV-215-I Stilight, 1200 mV/cm2). Foi colocada uma placa de vidro de 1 mm de espessura sobre a última camada de resina para alisar a superfície e de seguida a camada foi polimerizada por 40

s. As amostras de resina foram retiradas do molde e fotopolimerizada por mais 40 segundos no lado oposto.

Após a polimerização as amostras foram submetidas a lixamento com lixas de carboneto de silício entre 180 e 4000 Mesh. Após o lixamento, as amostras foram polidas com uma suspensão de partículas de diamante (1 µm). Posteriormente, as amostras foram lavadas em água destilada durante 15 minutos em banho ultra-sônico.

5.2 – Testes de compressão

Os provetes de resina composta (6 x 4 _mm2 ) foram imersos em água destilada 24 horas antes dos ensaios de compressão. Os testes de compressão foram efetuados com uma máquina de ensaios mecânicos universal (Instron 8874, MA, EUA), controlada com o auxílio de um programa de computador (Instron Bluehill 2.6). A compressão sobre os provetes foi efetuada com um deslocamento à taxa de 1 mm/min e uma célula de carga de 25 kN. Foram testadas 20 provetes por cada grupo de resinas compostas, obtendo-se o respetivo gráfico com valores de carga (N) versus extensão. A resistência à compressão foi calculada pela fórmula F/πr2, onde F é a carga máxima suportada pelo material e r o raio da secção transversal do provete.

Além dos testes de compressão permitirem determinar a resistência dos materiais à compressão é também possível determinar o módulo de elasticidade dos materiais. O módulo de elasticidade pode ser definido como sendo a relação entre a tensão aplicada e a deformação instantânea dentro de um limite proporcional. Deste modo, é utilizada a lei de Hooke para a determinação do módulo de elasticidade ou módulo de Young:_{𝐸𝐸 =} 𝛿𝛿

𝜀𝜀

5.3 – Testes de micro-abrasão

Os testes de micro-abrasão foram efetuados utilizando o equipamento Plint TE 66 (Figura 14A).

Figura 14 -(A) Equipamento de abrasão (Plint TE 66); (B) Representação esquemática dos testes de micro-abrasão

A B

Após limpeza por 5 minutos em álcool isopropílico em banho ultra-sônico, as amostras de resina composta foram coladas numa placa em liga de alumínio de forma e dimensões compatíveis com a sua fixação no porta-provetes (Figura 15).

Figura 15 - Amostra preparada para colocação no equipamento

O abrasivo utilizado nos testes de micro-abrasão consistiu numa solução de água destilada com pasta dentífrica (Colgate-Palmolive®, Anti-tártaro + braqueamento) na proporção de 2:1 aqual foi mantida homogénea durante a realização dos testes mediante a colocação do recipiente em vidro que a continha sobre um agitador magnético em operação. A pasta utilizada apresenta um RDA de 200. Foi preparada uma solução abrasiva nova sempre que se iniciaram testes com um grupo distinto de amostras.

Os testes de micro-abrasão foram realizados com uma esfera de aço (ASTM 52 100), com 25 mm de diâmetro (Figura 16). A carga normal adotada foi sempre de 3N e a sua velocidade de rotação foi mantida constante, assumindo o valor de 50 rpm. Cada teste teve uma duração correspondente a 300 rotações e foram efetuados 3 testes para cada tipo de resina composta. Os parâmetros foram definidos com base na literatura bibliográfica. Após o teste de microabrasão as amostras foram lavadas com água destilada por 5 minutos em banho de ultra-som e armazenadas para posterior caracterização superficial.

Figura 16 - Representação esquemática dos testes de micro-abrasão

F

Através da medição do diâmetro da cratera de abrasão formada é possível determinar o volume de material perdido através da equação: 𝑉𝑉 = 𝜋𝜋_64𝑅𝑅𝑏𝑏4 onde b corresponde ao diâmetro externo da cratera e R o raio da esfera utilizada. As medições foram efetuadas através das imagens de microscopia ótica e utilizando o software Image J.

5.4 – Testes de deslizamento linear alternativo

Os testes de deslizamento linear alternativo foram efetuados num tribómetro CETR UMT-2 (Figura 17A).

Figura 17 – (A) Tribómetro CETR UMT-2 utilizado para os testes de deslizamento linear alternativo; (B) Representação esquemática do tribómetro

As amostras de resina composta destinadas aos testes de deslizamento foram polidas e lavadas em banho de ultra-sons imersas em álcool isopropílico por 5 minutos e depois em água destilada 24 horas antes do ensaio. Os testes decorreram na presença de saliva artificial de Fusayama (Tabela 5) a qual foi mantida à temperatura de 37 °C ±1 °C. Como superfície oponente foi utilizada uma esfera de alumina 10 mm de diâmetro.

A B

Tabela 5 - Saliva artificial de Fusayama Componentes g/L NaCl 0,4 KCl 0,4 CaCl2 . 2H2O 0,795 Na2S . 9H2O 0,005 NaH2PO4 . 2H2O 0,69 Ureia 1

Cada teste de deslizamento linear alternativo teve a duração de 90 minutos e foi utilizada uma carga normal de 20 N. A frequência e amplitude do movimento de oscilação da placa foram fixadas em 1 Hz e 2,5 mm, respetivamente. Foram efetuados 3 testes por material a caracterizar, perfazendo um total de 12 testes. Durante os testes de deslizamento foram continuamente registados os valores do coeficiente de atrito, força normal (Fn) e força tangencial no contacto (Ft) utilizando o programa de computador específico para o tribómetro, UMT2 (CETR, USA). Na Figura 18 é possível observar um pormenor mostrando o porta-esferas e a placa em resina composta.

Figura 18 - Pormenor evidenciando o porta-esferas e a placa em resina composta

Estes testes consistem no deslizamento da amostra em contacto com uma superfície oponente, neste caso uma esfera de alumina, resultando numa depressão denominada pista de desgaste (Figura 19).

Placa (resina composta)

Porta-esferas

Figura 19 - Representação esquemática da formação da pista de desgaste

É possível calcular o volume de desgaste, através de uma série de medições efetuadas à amostra. As pistas de desgaste correspondem a marcas provocadas pela esfera de alumina quando penetra no material. As extremidades da pista correspondem a calotes esféricas e consequentemente a largura da pista de abrasão corresponde ao diâmetro da calote (Figura 20A). Sabendo o raio da esfera de alumina (R), assim como o raio da calote (s), pelo teorema de Pitágoras consegue-se calcular a profundidade da pista de abrasão (h) (Figura 20B).

Figura 20 - Cálculo da profundidade da pista de desgaste

Calculando o valor de h’ através da equação _ℎ′_{= √𝑅𝑅}2_{− 𝑠𝑠}2_{, é possível determinar a}

profundidade da pista de abrasão, _{h = R − h’.}

O volume de material perdido nas extremidades corresponde a uma calote (meia calote em cada uma das duas extremidades) e pode ser calculado através da equação utilizada no tratamento dos testes de micro-abrasão, _{𝑉𝑉 = 𝜋𝜋} 𝑏𝑏4

64𝑅𝑅 , sendo que b corresponde à largura da pista

de abrasão.

Relativamente ao cálculo do volume da parte intermédia da pista de abrasão (Figura 21), através da multiplicação da área da base pela altura (amplitude da pista de desgaste) é possível

h’ R s h A B 41

determinar o volume de material perdido. As imagens resultantes da microscopia ótica podem ser observadas na Figura 22.

Figura 21 - Secção intermédia da pista de abrasão

Figura 22 - Microscopia ótica das amostras submetidas aos ensaios de deslizamento linear alternativo

Para a determinação da área da base é necessário calcular a área da secção circular (Figura 23A) 𝐴𝐴(𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠ç𝑎𝑎𝑎𝑎) = 1₂× 𝑅𝑅2_{× 𝜃𝜃, sendo 𝜃𝜃 = arcsin}𝑠𝑠

𝑅𝑅 , e a área do triângulo formado

(Figura 23B) 𝐴𝐴(𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡â𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑛𝑎𝑎) = 𝑏𝑏 ×ℎ´₂ , sendo que a área real é dada por: A(real) = A(secção) – A(triangulo) (Figura 23C).

A _B C

Figura 23 - Cálculo da área da base da secção intermédia da pista de abrasão

O volume total da pista de abrasão corresponde desta forma à seguinte equação: 𝑉𝑉𝑎𝑎𝑛𝑛𝑛𝑛𝑉𝑉𝑠𝑠 𝑑𝑑𝑎𝑎 𝑝𝑝𝑡𝑡𝑠𝑠𝑡𝑡𝑎𝑎 𝑑𝑑𝑠𝑠 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑡𝑡𝑎𝑎𝑠𝑠ã𝑎𝑎 (𝑉𝑉𝑉𝑉3_{) = (𝐴𝐴𝑡𝑡𝑠𝑠𝑎𝑎(𝑡𝑡𝑠𝑠𝑎𝑎𝑛𝑛) × 𝐴𝐴𝑉𝑉𝑝𝑝𝑛𝑛𝑡𝑡𝑡𝑡𝑛𝑛𝑑𝑑𝑠𝑠) + 𝜋𝜋} 𝑏𝑏4

64𝑅𝑅

Além de permitirem calcular o volume de desgaste, os testes de deslizamento linear alternativo permitem também calcular a taxa de desgaste, dividindo o volume perdido pela distância total percorrida.

5.5 – Microscopia Ótica

De forma a ser possível fazer as medições necessárias à quantificação do volume de desgaste, as amostras em forma de placa dos testes de micro-abrasão e dos testes de deslizamento linear alternativo foram observadas em microscópio ótico (Leica DM 2500M, Leica Microsystems, Alemanha) (Figura 24).

Figura 24 - Microscópio Ótico

As imagens obtidas por microscopia ótica foram analisadas com recurso ao software Image J (National Institutes of Health, EUA) a fim de medir o diâmetro das marcas de desgaste resultantes dos testes de abrasão assim como medir os parâmetros geométricos necessários à quantificação nas pistas de desgaste dos testes de deslizamento. Na Figura 25 apresentam-se, a título de exemplo, imagens de microscopia ótica correspondentes a marcas de desgaste resultantes de testes de micro-abrasão e testes de deslizamento.

Figura 25- Imagens de microscopia ótica de amostras submetidas a: A,B – testes de micro-abrasão; C,D - testes de deslizamento linear alternativo

5.6 – Microscopia Eletrónica de Varrimento (SEM)

As imagens SEM foram obtidas através do equipamento JSM-6390LV (JEOL, USA). Foram obtidas imagens com ampliações de 35x, 200x e 1000x correspondentes ao centro das marcas de desgaste. Estas imagens permitem determinar o mecanismo de desgaste que ocorreu tanto nos testes de micro-abrasão como nos testes de deslizamento linear alternativo.

D C

B A

6. Resultados e Discussão

6.1 – Testes de compressão

A realização de testes de compressão teve como objetivo a determinação da capacidade de resistência à compressão de cada resina composta quando submetida a forças compressivas. Uma vez que as forças que ocorrem no ambiente oral são maioritariamente de natureza compressiva é importante estudar os materiais de restauro sob esta condição. Por outro lado, é um teste adequado para comparar materiais frágeis, que demonstram resultados baixos quando sujeitos a forças de tração [35].

De acordo com a norma ISO 9917, para testar a força compressiva do material são aplicadas duas forças axiais em sentidos opostos. As amostras têm de estar sob a forma de um provete cilíndrico onde as dimensões devem ter uma relação de 2:1 relativamente à altura e diâmetro. Quando esta proporção é excedida pode resultar numa flexão indesejada da amostra [36].

A curva tensão compressiva versus extensão do material é determinada da mesma forma que nos testes convencionais de tensão sendo que o módulo de elasticidade pode ser determinado pela razão entre a tensão e deformação na região elástica [37].

Na Figura 26 apresentam-se os gráficos obtidos após os testes de compressão efetuados aos quatro grupos de resinas compostas em estudo.

Figura 26 - Gráficos carga (N) versus extensão (mm) obtidos após ensaio de compressão. A-Grandio®So, B- Ceram-X™, C- Clearfil™, D - Natural elegance®.

Através da observação do respetivo gráfico carga versus extensão, verifica-se que o grupo C é o material que sofre maior extensão (∼2,01 mm), assim como é o material que suporta maior carga, ou seja, apresenta maor resistência à compressão, antes da fratura. Por outro lado o grupo D é o grupo que apresenta menor capacidade de deformação (extensão ∼ 0,46 mm) entre os quatro grupos de resinas compostas estudadas.

As Figuras 27 e 28 apresentam, respetivamente, os resultados obtidos para a resistência à compressão e para o módulo de elasticidade de cada grupo de resina composta.

Figura 27- Resistência à compressão dos quatro grupos de resinas compostas em estudo. A-Grandio®So, B- Ceram-X™, C- Clearfil™, D - Natural elegance®.

Figura 28 - Valores para o módulo de elasticidade de cada grupo de resinas compostas. A-Grandio®So, B- Ceram-X™, C- Clearfil™, D - Natural elegance®.