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Informe de Investigación
Una nueva aleación Titanio super elasto-plástico-GUMMETAL- simplifica el
procedimiento del tratamiento.
Uso clínico de GUMMETAL
Departamento de Crecimiento Craneofacial y Desarrollo Odontológico, División de
Ortodoncia, Kanagawa Dental College, Yokosuka, JAPÓN Shin Hasegawa
Introducción
El número de adultos en Japón que optan
por someterse a un tratamiento de
ortodoncia se está incrementando. Sin
embargo, algunas personas, a pesar del
conocimiento del tipo de dentadura hermosa
que podrían tener, no se someten a un
tratamiento de ortodoncia debido a la
desagradable perspectiva de tener aparatos
incómodos de ortodoncia en boca durante
un largo periodo de tiempo. Hemos
mejorado los brackets y demás accesorios
de ortodoncia, y cualquier movimiento
dental requerido ahora se puede lograr en
menos tiempo. Un mejor conocimiento del
metabolismo óseo nos ha ayudado a mejorar
nuestras técnicas terapéuticas. Sin embargo,
a pesar de las muchas mejoras en las
técnicas terapéuticas y en los materiales,
todavía no hemos encontrado la solución
definitiva.
Dos desventajas del actual tratamiento de
ortodoncia es que aún no se han superado el
dolor agudo y la reabsorción radicular.
Debido a las limitaciones asociadas a la
aplicación de fuerzas ortodónticas, los
ortodoncistas tuvieron que utilizar métodos
de fuerzas ligeras utilizando arcos
redondeados con loops y alambres
rectangulares delgados. Sin embargo, se han
evitado estos tipos de alambres porque es
difícil y consume mucho tiempo el doblar de
manera personalizada el alambre en la
forma necesaria para cada paciente. Con el
fin de simplificar la técnica, hemos seguido
estudiando una variedad de métodos de arco
recto, a pesar de la gran fuerza ortodóntica
que resulta de la utilización de estas
técnicas.
Para un ideal tratamiento clínico,
necesitamos 1) un alto nivel de control
tridimensional del movimiento de los
dientes; 2) aparatos simples; y 3) una fuerza
progresiva continua eficiente. Me gustaría
hablar de los materiales y métodos que nos
permitirán alcanzar estos tres objetivos.
Alambres de ortodoncia y
nuevos mater iales
En el nivel más elemental, el alambre de
ortodoncia proporciona la fuerza principal
para mover los dientes. Esto no ha cambiado
a lo largo de la historia de la ortodoncia. El
alambre de aleación de oro, fue el primer
alambre utilizado en los primeros días de la
terapia ortodóntica multi-brackets, el cual
fue finalmente reemplazado por otras
aleaciones. El alambre de acero inoxidable
jugó un papel importante antes de dar paso a
una aleación de cromo-cobalto (Cr-Co)
fabricado por RMO®, el cual se convirtió en
un estándar. Durante un largo periodo a
partir de la era Tweed, el ritmo de las
mejoras en los tratamientos de ortodoncia
era muy lento, porque simplemente no
habían materiales alternativos capaces de
superar las limitaciones inherentes a los
alambres de Cr-Co. Nuestros predecesores
tuvieron que esperar hasta 1977 para una
revolución en la ortodoncia, lo que trajo la
llegada
Cuadro 1 Principales características de las diversas aleaciones de metales biocompatibles convencionales y GUMMETAL.
Metal para uso dental
Metal convencional
Elementos
principales
Metal noble
Aleación
12%Au-Ag-Pd
Au-Ag-Pd
Acero inoxidable
SUS316
Aleación Cr-Co
Módulo de
Young GPa
Resistencia
a la tracción
MPa
>250
900
Fe-Cr-Ni-Mo
200
860
ASTM F562
Co-Cr-Ni-Mo
170
1000
Titanio
Titanio puro
Ti
102
270
Aleación Ni-Ti
Nitinol
Ti-Ni
105
700
Aleación de titanio a + β
ASTM F136
Ti-Ai-V
85
860
Aleación Ti-Nb
GUMMETAL
Ti-Nb-Ta-Zr
45
1100
(Cr,Ni,V son citotóxicos)
de alambres hechos de aleaciones de titanio.
Los avances en la metalurgia y en la
tecnología del procesamiento condujeron al
desarrollo de estas aleaciones.
El titanio puro y sus aleaciones son los
mejores materiales para muchas de las
actuales aplicaciones dentales. El uso de las
aleaciones de titanio en muchos productos
dentales, incluyendo el alambre de
ortodoncia, prótesis dentales a base de metal,
e implantes dentales, ha aumentado debido a
su biocompatibilidad y debido a otras
características útiles de las aleaciones de
titanio. Una aleación en particular, que
contiene cantidades iguales de níquel y
titanio, conocida como Ni-Ti, es
super-elástica, tiene memoria de forma, y es
muy adecuado para el uso como alambre de
ortodoncia. El alambre de Ni-Ti simplifica
significativamente la fase inicial del actual
tratamiento y al mismo tiempo elimina la
fuerza ortodóntica excesiva. Debido a
liberación sostenida de fuerza ortodóntica y
características únicas de histéresis, simplifica
el régimen terapéutico, reduce o elimina el
dolor agudo, y acorta la duración del
tratamiento. Desafortunadamente y sin
embargo,
estas
características
de
superelasticidad e histéresis reducen la
capacidad de formación del alambre Ni-Ti y
hace casi imposible poder doblarlo. Por esta
razón, el alambre Ni-Ti se usa sólo en la
primera fase del tratamiento de ortodoncia.
Es demasiado difícil doblarlo en la forma
necesaria para el control tridimensional del
movimiento dental individual durante las
fases intermedias y finales del tratamiento. Al
presente, estas dos últimas fases han
requerido alambres hechos de acero
inoxidable o Cr-Co.
Hace varios años, el alambre de β titanio se
unió a la aleación Cr-Co, acero inoxidable y
al Ni-Ti en el equilibrio de los materiales
utilizados como alambres de ortodoncia. Las
aleaciones de titanio se designan como a o β
en función de la disposición de los átomos a
temperatura ambiente. El uso de aleaciones
de β titanio se ha expandido debido a que son
más flexibles que el acero y pueden resistir un
doblez (Fig. 1, 2).
Desarrollo del GUMMETAL
Una nueva aleación de titanio, con el
nombre GUMMETAL®, fue desarrollado
en 2003 en Japón, en la Sección I&D de
Investigación Metalúrgica de Toyota
Central
R&D
Laboratories,
Inc.
GUMMETAL, es la primera aleación del
mundo
que
combina
un
valor
extremadamente bajo del módulo de Young
con una muy alta resistencia. Se pensaba que
la producción de una aleación de materiales
metálicos
convencionales
con
esta
combinación
de
características
era
imposible. Eran necesarios tres números
mágicos: Ti 25% mol (Ta+Nb)-ZR-0, (i) un
compuesto con un número de electrones de
valencia promedio (e/a), de alrededor de
4.24, (ii) un orden de enlace de composición
(Bo) de alrededor de 2.87, y (iii) una energía
de orbital de electrones-d (Md) de alrededor
de 2.45eV.
GUMMETAL tiene estas características:
1) Su módulo Young es de aproximadamente
40 GPa, mientras que al mismo tiempo su
resistencia a la tracción es de
aproximadamente 1000 MPa.
2) Es super-elástico; su ductilidad es
aproximadamente 10 veces mayor que los
metales convencionales. Tiene un carácter
super-elástico similar al NiTi.
3) Las micrografías de GUMMETAL
muestran la estructura filamentosa entretejida
(Fig. 2), la cual resulta del trabajo en frío de
la aleación durante el proceso de fabricación.
Una sencilla deformación plástica de hacer
alguna luxación de la arquitectura cristalina
es
la
principal
característica
de
GUMMETAL.
4) GUMMETAL no tiene la transformación
martensítica del esfuerzo inducido como una
aleación
NiTi;
esta
deformación
superplástica es una verdadera deformación
elástica sin histéresis.
5) Sus comportamientos se curvan hacia y
desde el punto de rendimiento, (es el único
metal que no sigue la ley de Hooke, Fig. 3).
6) Debido a la deformación mecánica de
dislocación libre, no hay un endurecimiento
de trabajo mediante la formación.
7) Todos
los
elementos
atómicos
constituyentes de la aleación son
biocompatibles y no tóxicos.
Estos son requisitos importantes de un
alambre de ortodoncia.
Fig.1
Estructura de metales comunes
Fig.2
La micrografía muestra la
estructura filamentosa de
GUMMETAL. Esta estructura se
produce como resultado de ser
trabajado en frío durante el
proceso de fabricación.
Fig.3
Exclusiva elasticidad de GUMMETAL. El valor del módulo de Young para GUMMETAL no
es constante, sino que adquiere diferentes valores en diferentes regiones de la curva de
tensión-deformación.
Hemos adaptado el alambre GUMMETAL
para su uso en los tratamientos de
ortodoncia porque permite que el período de
tratamiento activo se acorte. El alambre
GUMMETAL es capaz de mantener sus
características ventajosas, evitando el
procesamiento a alta temperatura y en su
lugar utiliza procesos de trabajos en frío
para diluir y trefilar. Además, el coeficiente
de fricción de la superficie del alambre se ha
optimizado de forma que la fricción entre el
alambre y los brackets sea 1/2 de otros
alambres β titanio.
A. Ortodóntico GUMMETAL
Estas son las características de los alambres
GUMMETAL directamente relacionadas
con su uso ortodóntico:
1) Flexible y superelástico
2) Más fácil de doblar que otro alambre de
aleación de titanio
Incluso más fácil de manejar que Elgiloy®
3) Alto en efecto de recuperación elástica,
pero sin histéresis
Controla fácilmente la fuerza ortodóntica
4) No contiene níquel y metales pesados,
por lo tanto, no es tóxico
5) No es susceptible al endurecimiento de
trabajo, por lo tanto casi no hay fracturas
dentro de la boca
6) Bajo coeficiente de fricción, por lo tanto, es
adecuado para la mecánica de deslizamiento
No sólo es bueno como un sustituto del
alambre Cr-Co o acero inoxidable,
GUMMETAL puede aumentar y simplificar
la eficacia del tratamiento, y puede permitir
un acortamiento considerable de la duración
del tratamiento (Fig. 5). Hay varias maneras
de proporcionar el control 3D de los dientes
durante el tratamiento activo con el método
multi-bracket.
El
control
vertical,
incluyendo el enderezamiento de los
dientes, es un factor importante en el
establecimiento de una oclusión funcional y
estable. Hay muchos métodos para mover
los dientes con GUMMETAL, pero me
gustaría hablar sobre la fuerza de torsión
activa durante el control vertical, el cual es
reconocido como un reto difícil. Voy a
utilizar casos clínicos para ilustrar los
conceptos.
Con el fin de controlar los molares en el
inicio del tratamiento activo, es necesario un
control tridimensional del movimiento de los
dientes. Debido a que el centro de resistencia
de un diente es casi siempre diferente de la
posición del bracket en ese diente, hay un
riesgo de introducir una inclinación no
deseada mientras se mueve. Es mejor
controlar el torque con un alambre
rectangular en la primera fase del tratamiento.
Sin embargo, es físicamente difícil ligar el
alambre a los brackets al comienzo del
tratamiento activo si está utilizando el
alambre de Cr-Co o de acero inoxidable. Si
bien es posible ligar el alambre Ni-Ti, es
casi imposible doblar dicho alambre en la
forma que mejor se adapte al objetivo
terapéutico. GUMMETAL no sólo es más
flexible que el alambre Ni-Ti sino también
se puede doblar libremente. El alambre
GUMMETAL rectangular se puede formar
con la curvatura deseada lo cual proporciona
la fuerza de torsión activa y apropiada. Estas
características hacen posible el diseño de
planes de tratamiento simples que producen
resultados rápidos y proporcionan la ruta
más corta hacia el objetivo terapéutico.
Las técnicas de arco recto usan una variedad
de diseños innovadores de brackets. La
característica que requiere la mayor
atención es la inclinación de la ranura. Sin
embargo, el número que se muestra es la
fuerza de torsión pasiva que refleja la
inclinación ideal del eje del diente en la fase
de acabado, no tiene por objeto establecer la
fuerza de torsión activa para el
enderezamiento o control vertical de los
dientes, el cual es el objetivo principal del
tratamiento activo. Como todos sabemos,
todos los casos de maloclusión toman una
forma diferente. El plan del tratamiento
debe ser adaptado a cada paciente
individual, y la cantidad del control vertical
necesario depende de las circunstancias del
caso. Además, la inclinación bucolingual
del eje del diente de los molares varía, y lo
ideal es que se pueda ajustar la fuerza de
torsión terapéutica del alambre.
Resistencia a la tracción/MPa
Fig.4
Esfuerzoc %
Curva de tensión-deformación
Fig.5
Para aleaciones con una amplia gama de fuerzas de tensión, la relación de la tensión de
prueba al módulo de elasticidad es bastante uniforme. Este gráfico muestra que el valor
de esta relación para GUMMETAL es mucho mayor que los de muchas otras aleaciones
convencionales.
Un caso de maloclusión de Clase I de
Angle con apiñamiento
En primer lugar tenemos que resolver las causas
subyacentes de las desarmonías y discrepancias
existentes. El enderezamiento de los molares es
la primera prioridad. El objetivo más importante
es el tratamiento para eliminar la causa de
maloclusión. En este caso, el apiñamiento de los
dientes anteriores y prognatismo son el
resultado de la malformación del arco dental.
Comenzamos por lo tanto, mediante el
tratamiento de esta malformación. En otras
palabras, la alineación debe iniciarse después
que hemos creado suficiente espacio mediante
la expansión maxilar y enderezamiento de los
molares 6-1, 6-2, 6-3 y 6-4). De lo contrario, los
dientes anteriores se ensancharán y serán
difíciles de retraer. No es exagerado decir que la
mayor causa del fracaso en los casos de
ortodoncia con la extracción de los premolares
es la nivelación precipitada. Con la técnica
adecuada, es posible reducir el tiempo de
tratamiento moviendo todos los dientes al
mismo tiempo. Es posible mover los dientes
anteriores fácilmente si hay espacio suficiente,
por lo que el establecimiento de la oclusión de
los molares se debe hacer primero.
La mayoría de los pacientes sólo están
interesados en resolver el apiñamiento anterior
de los dientes. Cuando esto se ha logrado en
gran medida, ellos tienden a perder la
motivación para el tratamiento y piden que los
aparatos de ortodoncia se eliminen tan pronto
como sea posible. Por esa razón, es mejor para el
paciente y el ortodoncista comenzar a estabilizar
y alinear los dientes anteriores sólo hacia el final
del tratamiento. Podemos decir que el éxito del
tratamiento de la maloclusión Clase I, depende
de la resolución de la discrepancia al final del
tratamiento activo.
Es deseable iniciar el tratamiento activo
mediante el enderezamiento de los molares, lo
cual es prioridad del tratamiento de Clase I ya
sea con o sin extracción. Añadimos la curva de
compensación al alambre para resolver la fuerte
curva Spee para nivelar el plano oclusal,
mientras que al mismo tiempo inhibimos la
inclinación bucal inesperada en la región molar
y los dientes anteriores se ensanchan al dar la
fuerza de torsión adecuada corono lingual
dependiendo de la fuerza de curvatura de Spee.
El alambre GUMMETAL es súper elástico,
fácil de modificar y tiene un valor muy bajo del
módulo Young. Se puede aplicar para la primera
fase del tratamiento, otorga fuerza progresiva
constante, y el alambre no tiene que ser
cambiado cuando el tratamiento avanza a la
siguiente etapa. (Figs. 7-1, 7-2, 7-3, 7-4, 7-5 y
7-6)
Maloclusión Clase I de Angle con apiñamiento - Movimiento ''en bloque''
En casos como el que se muestra, los dientes están mesialmente
inclinados y los terceros molares impiden el enderezamiento de los
dientes. Antes de comenzar el tratamiento activo, los terceros
molares deben ser extraídos para crear suficiente espacio para el
enderezamiento de los dientes.
Este diagrama ilustra el inicio del paso 2. Inicie el movimiento "en bloque" de los dientes
utilizando 0.018 x 0.022 GUMMETAL con un ángulo de inclinación posterior de aprox. 30'
y un torque activo de aproximadamente 20".
El Paso 3 es enderezar todas las curvas. A continuación,
compruebe la intercuspidación. Al mismo tiempo, alinear los
dientes anteriores y completar la oclusión funcional.
El efecto de bote de remos de los dientes laterales impide el ensanchamiento de los
dientes anteriores. El enderezamiento de los dientes laterales, todo al mismo tiempo,
hace que todos se muevan en sentido distal, evitando el ensanchamiento de los dientes
anteriores, que a veces se inclinan lingualmente.
Caso 1. Maloclusión Clase I de Angle con apiñamiento
Esta diapositiva muestra el caso de una mujer, de 24 años y 6 meses, cuyo
diagnóstico inicial fue Clase I con apiñamiento. Estas fotos fueron tomadas en
el momento que los aparatos de ortodoncia se aplicaron por primera vez. La
inclinación y rotación mesial son evidentes. El alambre es 0.016" Ø de
níquel-titanio. El resorte GUMMETAL 0.25 mm Ø visto aquí es un prototipo.
Ningún bracket fue cementado a los dientes anteriores inferiores.
Eliminamos la discrepancia sin cambiar la posición de la mandíbula o la
inclinación de los dientes anteriores, ninguno de los cuales necesitan ser
cambiados.
Fig.7-2
El efecto de bote del remo derivado del
enderezamiento de los molares, crea un
espacio de trabajo en la región de los
dientes anteriores.
Fig.7-5
Radiografías panorámicas, antes y después del tratamiento. Ellos muestran
que el tratamiento con el alambre GUMMETAL puede efectivamente no sólo
enderezar los molares sino también paralelizar las raíces dentales.
Estas fotos muestran los resultados al momento que se retiraron los aparatos. La
duración del tratamiento activo fue de 8 meses y medio.
Fig.7-6
Tres vistas faciales antes y después del tratamiento.
Un caso de maloclusión Clase
II con mordida abierta
En la mayoría de los casos de mordida
abierta, el tipo facial es dolicofacial. En este
caso, los molares y premolares están
mesialmente inclinados, los molares están
sobre-erupcionados, y hay una discrepancia
molar. Los terceros molares deben ser
extraídos para resolver la discrepancia. La
región molar completa puede entonces ser
enderezada ''en bloque".
Es importante evitar un giro en la apertura
de la mandíbula. En este caso el alambre
más pequeño que utilizamos fue de 0.018"x
0.022". Cuando GUMMETAL estaba en el
Maloclusión Clase II de Angle con mordida
abierta - Movimiento ''en bloque''
arco ideal, el torque activo era el apropiado
para la cantidad de tip back. El alambre
GUMMETAL es muy flexible, por lo que
fue fácil insertar el alambre completo en los
brackets.
(Figs. 8-1, 2 y 3; Figs. 9-1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7)
Caso 2 Maloclusión Clase II de Angle con mordida
abierta
En casi todos los casos de mordida abierta, todos los dientes están inclinados
mesialmente debido a una discrepancia con los molares. La discrepancia
debe ser eliminada mediante la extracción de los terceros molares antes de
comenzar el tratamiento activo.
Fig.9-1
Un caso de mordida abierta (con un tipo dolicofacial marcado), de 24 años y 3 meses,
diagnosticada como Clase II División I, rotación hacia atrás de la mandíbula, y los
incisivos inclinados labialmente.
Según el análisis de Tweed, el plan de tratamiento debe incluir la extracción de los
premolares debido a que la discrepancia total calculada es -16.8mm, basado en la
inclinación labial de los dientes inferiores anteriores. Sin embargo, en las observaciones
detalladas, hemos observado que el arco dental estaba estrecho, los dientes superiores
inclinados lingualmente y había una inclinación mesial notoria de los dientes laterales
maxilares y mandibulares. El espacio adecuado puede lograrse mediante la mejora de
estas condiciones.
Fig.8-2
Utilice elásticos entre los dientes anteriores superiores e inferiores
para oponerse a la fuerza sobre los dientes anteriores, y para
suprimir el ensanchamiento. Al inicio del movimiento "en bloque",
comience con un tip back de 45° y un torque activo de 30°. A
continuación, ajuste después según sea necesario.
Fig. 9-2
Alambre de níquel-titanio 016" Ø fue utilizado para nivelar los dientes en los arcos
maxilares y mandibulares. Para la expansión lateral del maxilar, se añadió el arco de
superposición de Mulligan con alambre recto 0.9 mm Ø GUMMETAL. Al enderezar la
inclinación lingual, el arco se expandió lateralmente.
Esta diapositiva muestra el enderezamiento de molares en bloque,
lo que provoca la rotación de la mandíbula.
Fig.9-3
Fotografías de los resultados después que los aparatos de ortodoncia fueron
retirados al final del tratamiento. La duración del tratamiento fue de 1 año y 2
meses.
Fig.9-6
Radiografías panorámicas pre y post tratamiento que muestran
el movimiento distal de los dientes y la paralelización de las
raíces dentales.
Fig.9-4
Las fotografías muestran que las inclinaciones lingual y mesial marcada de los molares
se corrigieron.
Fig.9-7
Fig.9-5
Las fotografías faciales pre y post tratamiento muestran la mejora del perfil.
El tratamiento mejoró la sobremordida y el resalte como
resultado de la rotación anterior de la mandíbula. La
superposición de los cefalogramas muestran el control de
torque de los incisivos superiores y que el resultado final fue
estético.
Conclusiones
El control vertical de los dientes, incluyendo
su enderezamiento, es importante a fin de
establecer la oclusión funcional y prevenir
la recidiva después de finalizar el
tratamiento
activo.
El
alambre
GUMMETAL amplía el rango de
aplicabilidad del alambre rectangular,
porque la cantidad de torque activo
transmitido a un diente dado en una etapa
determinada puede ser ajustado fácilmente
por el ortodoncista al valor que proporciona
la fuerza ortodóntica continua más
adecuada.
El
módulo
Young de
GUMMETAL es menor que el NiTi, por lo
que es posible aplicarlo sin alineamiento. La
duración del tratamiento activo es mucho
más corto que otros arcos de alambre, ya que
somos capaces de empezar el control
vertical junto con una fuerza de torque
activo desde la fase inicial del tratamiento.
Esto es especialmente eficiente para los
pacientes que tienen una sobremordida
profunda o una mordida abierta, porque el
control vertical se puede realizar al mismo
tiempo que el torque activo, acortando así el
tiempo de tratamiento activo. Además, ya
que no es necesario cambiar el alambre
después de la nivelación, se elimina la
incomodidad y el riesgo de reabsorción
radicular que acompaña el proceso de
reemplazar el alambre. Debido a estas
consideraciones, GUMMETAL simplifica y
acorta el tiempo de tratamiento activo, en
beneficio de todos.
Referencias
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