ARTÍCULOS ORIGINALES DERIVADOS DE INVESTIGACIÓN

Evaluación no lineal de dos postes diferentes¹

Patricia Lopera Builes²; Federico Latorre Correa³; Junes Abdul Villarraga Ossa⁴

¹ Artículo derivado de una investigación hecha por el Grupo de investigación Biomateriales en Odontología, Facultad de Odontología y el Grupo de Diseño Mecánico, Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad de Antioquia
² Odontóloga, especialista en Odontología Integral del Adulto con énfasis en Prostodoncia, Facultad de Odontología, Universidad de Antioquia ]]> ³ Odontólogo, especialista en Odontología Integral del Adulto con énfasis en Prostodoncia, profesor asociado, Facultad de Odontología, Universidad de Antioquia. Correo electrónico: flatorre@une.net.co
⁴ Ingeniero mecánico, Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín, magíster en Ingeniería Mecánica, Universidad Simón Bolívar, Caracas, Venezuela. Profesor asociado, Facultad de Ingeniería Mecánica, Universidad de Antioquia. Correo electrónico: junes@udea.edu.co

Lopera P, Latorre F, Villaraga JA. Evaluación no lineal de dos postes diferentes. Rev Fac Odontol Univ Antioq 2012; 23(2): 240-255.

RESUMEN

INTRODUCCIÓN: los dientes tratados endodóncicamente que van a ser rehabilitados con coronas y que han perdido parte de su estructura dental, necesitan de un poste prefabricado o colado para que ayude a la retención de la restauración final y así el diente pueda recuperar la funcionalidad y la estética. La literatura reporta cuándo utilizar un poste colado o prefabricado, pero no es contundente cuál distribuye mejor los esfuerzos, cuál material o forma de poste es mejor y si el módulo de elasticidad tiene o no relación con la distribución de las cargas a lo largo del eje axial del diente.
MÉTODOS: se hicieron dos modelos en SolidWorks de un incisivo central superior con todas sus estructuras de soporte, uno con un poste colado y otro con un poste prefabricado, además de una corona completamente cerámica. Mediante un análisis de elementos finitos se cargaron dichos dientes a 200, 400, 600 y 800 N para llevarlos hasta la plasticidad.
RESULTADOS: a 200 y 400 N ambos postes mostraron diferente distribución de esfuerzos sin afectar la restauración o la raíz dental. ]]> CONCLUSIONES: a cargas masticatorias normales, ambos postes son predecibles para rehabilitar un diente que necesita de la incorporación de un poste.

Palabras clave: poste colado, poste prefabricado, distribución de los esfuerzos, mótodo de elementos finitos.

INTRODUCCIÓN

La odontología restauradora se ve enfrentada a diario al problema de rehabilitar los dientes tratados endodóncicamente y debilitados estructuralmente en su porción coronal y radicular. Un problema en discusión ha sido el pronóstico de estos dientes que requieren elementos intrarradiculares cuando no hay posibilidades de hacer odontología adhesiva, debido a la pérdida de estructura significativa y lograr proveer retención a la restauración,1 influenciado por una variedad de parámetros: el número de los dientes adyacentes, los contactos oclusales, la posición del diente en el arco, el estado apical de la raíz, la degradación del colágeno radicular, las relaciones intermoleculares en la dentina radicular, la cantidad del tejido duro perdido, el grosor de la pared de la dentina coronal remanente, el tipo de restauración definitiva, la presencia de un mínimo de dentina remanente de 1,5 a 2 mm para tener el efecto de férula y el tipo de poste y material del muñón utilizados.^{1, 2}

Algunos estudios informan que los postes no refuerzan estructuralmente la raíz dental ni previenen futuras fracturas, ya que esto depende en mayor porcentaje del remanente dentinario y la resistencia del diente depende del correcto manejo que se haga de los diversos procedimientos posendodóncicos.^{3, 4}

La literatura reporta cuándo debe utilizarse un poste colado, el cual es recomendado generalmente cuando hay pérdida de más del 50% de la estructura dentaria y se necesitaría un mínimo de remanente dentinal de 2 mm para poder lograr el efecto de férula y contrarrestar los esfuerzos laterales, que generarían inestabilidad del poste. Igualmente reporta que en estructuras dentinales mayores al 50% y con un mínimo de remanente de 2 mm se podrían indicar también los postes prefabricados.^{5, 6}

Aunque existe claridad sobre el papel, no hay estudios concluyentes acerca de cuál de los dos tipos de postes distribuye mejor las fuerzas masticatorias a través de la raíz para que la estructura dentaria reciba los esfuerzos masticatorios de manera adecuada, sin afectar la estructura dental o poner en riesgo la futura restauración.^{7, 8}

Estos estudios no clarifican cuál sería el mejor material, forma y propiedades mecánicas de los diferentes postes^{9, 10} y existe controversia entre los reportes, ya que unos presentan evidencia a favor de un poste rígido y otros sugieren que estos mismos serían catastróficos para la estructura dentaria.¹¹

A pesar de la controversia, se encuentra un consenso de la importancia de conservar el máximo de estructura dentaria para disminuir los riesgos de fractura de los dientes.^{17, 18}

El método de elementos finitos (MEF) envuelve una serie de procedimientos computacionales y es muy utilizado en odontología porque permite encontrar soluciones simples a problemas complejos, dividiendo una estructura en un número limitado o finito de elementos los cuales son conectados entre sí por nodos, que se comportan individualmente ante determinadas cargas. Por lo tanto el método no toma la estructura como una sola unidad sino como una estructura con múltiples partes donde se pueden identificar desplazamientos, deformaciones, esfuerzos y valores de resistencia a la fractura de la estructura. El método es útil para determinar propiedades biomecánicas en tejidos humanos que difícilmente serían mensurables in vivo.¹⁹

Entre los elementos finitos hay modelos estáticos lineales donde se cumple una relación directa entre un esfuerzo y una deformación y unos no lineales que tienen en cuenta la no linealidad del material, grandes desplazamientos del modelo o condiciones de contacto deslizantes. Por ejemplo, en el ligamento periodontal, los estudios no lineales son más veraces en cuanto al comportamiento de este ya que un estudio lineal mostraría una deformación exagerada ante grandes cargas.^{20, 21}

Por todo lo anterior el análisis no lineal ha llegado a ser cada vez más una poderosa herramienta de aproximación para el cálculo de esfuerzos en modelos que involucren alguna no linealidad; estos estudios demandan más tiempo computacional y costos, por lo que son más escasos, pero dan mayor certeza del comportamiento completo del modelo.²¹

El propósito de esta investigación fue evaluar el comportamiento no lineal de dos postes a diferentes cargas a través de la simulación mediante el análisis de elementos finitos, para determinar si realmente hay una ventaja de uno de los sistemas de restauración sobre el otro.

MÉTODOS

Se hicieron dos modelos en SolidWorks (Dassault systémes, Suresnes, Francia), que representaran la estructura dentaria de un incisivo central superior con sus tejidos de soporte, uno con un poste prefabricado en fibra de vidrio, Parapost (Coltene, Whaledent International, Altstatten, Switzerland) y otro con un poste colado en metal base (4all, Ivoclar Vivadent, Shaan, Liechtenstein) y una corona completamente cerámica (emax press, emax ceram Ivoclar Vivadent) (figura 1).

Se hizo un modelo no lineal.²¹ En los materiales de los postes se utilizaron elementos tetraédricos de orden superior (diez nodos por elemento) con el fin de obtener mejor aproximación de la geometría de las partes (figura 2).

Las propiedades mecánicas de los elementos que se asumen como lineales en el modelo, se obtuvieron de estudios previos reportados en la literatura.^22-26 El modelo contó con propiedades isotrópicas para la cerámica feldespática, la cofia de disilicato de litio, el muñón en resina, la gutapercha, la dentina, el ligamento periodontal y el cemento; como propiedades no lineales de la estructura, se tomaron las de ambos postes ya que la literatura no reporta valores no lineales para las demás estructuras^{5, 27} y propiedades ortotrópicas tanto para el hueso cortical como para el esponjoso28 (tabla 2).

La carga aplicada a los modelos se hizo a 45° y uniformemente distribuida a lo largo de la superficie palatina, las cargas fueron de 200 hasta 800 N con intervalos de 200 N, con el objetivo de llevar el modelo a la deformación plástica y ver en cuál rango se llegaba a ella.

Para este propósito, se hizo el diagrama esfuerzodeformación (figura 3), donde se observa la diferencia entre los límites de fluencia del material colado en metal y del material prefabricado en fibra de vidrio. Para la convergencia del modelo se utilizó una solución adaptativa empleando el método h, con el 98% de precisión.

Geometría

Se modeló la raíz del incisivo central superior con un muñón de 2 mm de estructura coronal remanente llevando un bisel de 1 mm en su periferia para obtener el efecto de abrazadera (de férula) de acuerdo con la literatura, tanto en postes colados como prefabricados.

Para el modelo del conducto radicular se tuvo en cuenta que la amplitud del canal pulpar no superara un tercio de la amplitud radicular en su parte más estrecha; teniendo como mínimo 1 mm de dentina sana a su alrededor, sobre todo en la región del ápice.

Los 4 mm apicales del conducto radicular se modelaron con las propiedades de la gutapercha (material de obturación para endodoncia) conservando así la cantidad mínima de obturación remanente que se describe en la literatura para evitar la filtración. Para el resto del conducto radicular y su porción coronal se modeló un poste con los diferentes tipos de materiales que se van a estudiar. El poste se modeló con diámetro coronal de 1,6 mm y apical de 1,1 mm, ajustándose a la anatomía interna del canal radicular con su porción apical redondeada.

La configuración del muñón guardó las proporciones de la preparación para una corona completa en cerámica de un incisivo central superior izquierdo, la cual requiere una reducción axial de 1,8 mm. Con esto se aseguró un espacio adecuado para la modelación de la corona en cerámica de la siguiente manera: el espesor de la porcelana fue entre 1,5 y 1,8 mm, excepto en la porción incisal que fue de 2,0 mm. Todos estos parámetros permiten que la restauración cumpla con los requisitos de estética y espesor recomendados para la resistencia del material y así evitar los sobrecontornos.²⁸

El ligamento periodontal se diseñó teniendo en cuenta las propiedades isotrópicas con un espesor en la periferia de la raíz de 0,2 mm y se ubicó a 1,5 mm de la unión cementoamélica.²⁸

Para el diseño del hueso alveolar se incluyó el hueso esponjoso que forma el interior del cuerpo maxilar y el hueso cortical que rodea tanto el maxilar como el alvéolo.

Se consideraron ambas estructuras con propiedades ortotrópicas (materiales con diferentes características en el eje x, y, z). La altura ósea fue de 18 mm desde la cresta alveolar hasta la porción basal maxilar.

El hueso cortical fue de 1 mm de espesor en la zona periférica desde la región basal y de 0,5 mm hacia la región interna del alvéolo. El diente tuvo una longitud total de 23,6 mm, la corona midió 10,8 y la raíz 12,8 mm. Teniendo en cuenta que la anatomía de los seres humanos es variable, se tomaron datos promedio, similares a otros estudios.²⁹

Para obtener el esfuerzo y el desplazamiento, mediante el modelo se utilizaron las constantes elásticas (modelo elástico de Young: propiedad de los materiales que equivale a la pendiente de la curva de esfuerzo contra la deformación en el rango elástico y la razón de Poisson que es una constante elástica de los materiales que indica la relación entre la deformación axial y lateral) para cada uno de los elementos que se van a analizar.

Al hacer el modelo matemático tridimensional de los dos incisivos centrales superiores tratados endodóncicamente y restaurados con dos postes diferentes, se llevó a cabo la simulación en Solid Works (Dassault systémes, Suresnes, Francia, 2009) y se obtuvieron los siguientes resultados: los esfuerzos en el modelo que contiene el poste colado, se concentraron principalmente en el poste y en la subestructura cerámica como lo muestran las figura 4A y B.

En la figura 5 se observan la distribución de los esfuerzos y la deformación ante las diferentes cargas. En las figura 5A y 5B, los esfuerzos fueron de 200 y 400 N, respectivamente, la concentración de esfuerzos fue en los mismos sitios indicados en la anterior figura (figura 4). Como no se excedió el límite de fluencia, se presentó una deformación elástica del poste. Para las cargas de 600 y 800 N (figura 5C y D), los esfuerzos siguieron concentrándose en los mismos sitios, pero con una deformación plástica del poste porque se excedió el límite de fluencia para el material.

En la figura 6 se observa la concentración de esfuerzos y la deformación ante las diferentes cargas del poste prefabricado. Se observa que los esfuerzos se concentraron en la subestructura cerámica y en el muñón de resina, el poste prefabricado presentó una deformación dentro del límite elástico, mientras que para la subestructura cerámica y la resina se presentó una deformación plástica ya que se excedió su límite de fluencia.

Los esfuerzos von Mises de los dos tipos de postes utilizados en este estudio y que se sometieron a cuatro esfuerzos, desde 200 N hasta 800 N, con diferencias de 200 N entre cada uno y donde se evaluó el esfuerzo en la raíz, en el poste y en la cofia, se resumen en la tabla 3 y en figura 7.

DISCUSIÓN

El análisis de elementos finitos ha sido utilizado en la odontología porque permite evaluar el comportamiento mecánico del diente y de las estructuras con que se restaura. Al modelar un diente con todas sus estructuras como se restaura normalmente, con un modelo tridimensional y hacer un análisis no lineal, ofrece las posibilidades de tener una evaluación más valida y hacer mejor aporte a la clínica.

El análisis no lineal de elementos finitos aplicado en esta investigación mostró que existen diferencias en la distribución de los esfuerzos en los dientes tratados endodóncicamente y rehabilitados con postes prefabricados (fibra de vidrio) y colado (metal base), sin embargo cada uno de los modelos por ser la geometría del poste y el material de estos distintos, debe evaluarse igualmente diferente.

En este estudio se encontró que el diente cuando fue sometido a cargas normales para la cavidad oral, de 200 y 400N, el comportamiento fue similar para ambos modelos, indicando que el riesgo de fractura no se puede considerar por la concentración de esfuerzo mayor o menor en el poste. Una característica importante en la distribución de esfuerzos de ambos modelos, simulada en este estudio, es que cuando se aumentan los esfuerzos, se incrementan en el ligamento periodontal, el cual absorbe una cantidad de esfuerzo y minimiza los efectos sobre el diente y sus estructuras, por lo tanto estudios que no simulen el ligamento periodontal y su comportamiento, tendrán una variable de error significativo.

En este análisis se observó que el material más rígido de cada modelo absorbe mayor fuerza, por lo tanto en el modelo del poste colado, la cofia cerámica absorbe mayor fuerza, seguida del espigo del poste y de la raíz. En el poste de fibra de vidrio la cofia cerámica absorbe la mayor fuerza, seguido de la raíz y por último el espigo del poste de fibra de vidrio, quien recibe un esfuerzo menor. En este estudio se encontró que ante las cargas masticatorias fisiológicas de 200 N y 400 N, los postes con módulos de elasticidad similares al de la dentina, tienen más bajas concentraciones de esfuerzos en los mismos postes y los distribuyen de manera diferente que el poste más rígido.

Este resultado no está de acuerdo con varios estudios, como el de Zarone y colaboradores en 2006, que evalúa los patrones de la distribución de los esfuerzos en un diente sano comparado con dientes restaurados con diferentes configuraciones de materiales y se enuncia que los materiales utilizados para la restauración deben ser similares a los tejidos del diente para poder permitir que todo el sistema restaurador imite el comportamiento mecánico del diente natural. Entre limitaciones de este estudio, está el ser lineal, lo que implica que faltan datos para poder tener una conclusión más real del sistema.³⁰

Pegoretti y colaboradores en 2002, a través de un análisis de elementos finitos en 2D, analizaron el comportamiento mecánico de un poste de fibra de vidrio comparándolo con un poste de fibra de carbono y un poste colado en oro, teniendo como control un modelo de diente natural. Este estudio muestra favorabilidad hacia los postes de fibra de vidrio; sin embargo, su estudio no es tridimensional, es lineal y no se analiza el ligamento periodontal, por lo que sus conclusiones pueden tener un margen de error importante, ya que no se puede concluir que un poste rígido pueda tener implicaciones de fractura o de daño al sistema con un análisis lineal y no considerando todas las variables.³¹

Estudios, como los de Mikako y colaboradores en 2008 y Lippo y colaboradores en 2004, reportan que los postes con módulo de elasticidad similar al de la dentina, tienen mejor comportamiento ante los esfuerzos y tienen la ventaja de ser recuperables cuando se fracturan, ya que los patrones de fractura del diente son menos catastróficos que con los postes de mayor rigidez.^{32, 33} Seefeld y colaboradores en 2005 sugieren que la utilización de postes con propiedades biomecánicas similares al de la dentina, podrían ser ventajoso, por reducir el riesgo de fracturas del diente;²⁷ igualmente Aquaviva y colaboradores en 2002, en una revisión de literatura, sugieren la utilización de un poste de bajo módulo de elasticidad para mayor adhesión y menor absorción de esfuerzos a la estructura dentaria y mayor protección ante las cargas masticatorias.³⁴

En otros estudios, se encuentran similitudes con el nuestro, como el de Naumman y colaboradores en 2007, que investigó el impacto de un material rígido (poste de titanio) comparado con uno más "flexible" (poste de fibra de vidrio) y se encontró que al utilizar un poste con un módulo de elasticidad menor o cercano al módulo de la dentina, no implicaba mejor comportamiento para el sistema, y el concepto sería debatible. El estudio plantea que cuando un diente con diferentes componentes es sometido a cargas, el componente rígido tiene la capacidad de resistir grandes esfuerzos sin distorsión.³⁵

Otro estudio in vitro de Qing y colaboradores en 2007 investigó la resistencia a la fractura de dientes anteriores tratados endodóncicamente y restaurados con poste de fibra de vidrio y de zirconio, en el que se tomó como grupo control los dientes restaurados con postes colados.

Se mostró diferencias en la resistencia a la fractura en los dos grupos evaluados, planteando que los postes rígidos podrían mejorar la resistencia a la deflexión. Confirman también que el poste y muñón colado fueron más resistentes a las fuerzas de deflexión y que mostraban fallas con carga muy altas, por lo tanto aclaran que estos resultados no son prueba para decir que no es conveniente el uso clínico de los postes.³⁷

Schmitter y colaboradores en 2010, en un interesante estudio, ya que combina análisis in vitro con modelación en elementos finitos, concluye que la parte más importante es la unión de la corona al muñón para proteger el sistema y que el efecto del poste de vidrio no daría ninguna ventaja al sistema.³⁸

En el estudio más similar al nuestro, en planteamiento del mismo problema, en metodología, en ser tridimensional y hacer análisis no lineal, Dejak y colaboradores en 2011 encuentran resultados y conclusiones muy similares, pues bajo cargas fisiológicas, los postes hechos en metal o en fibra de vidrio, no comprometen el daño al diente y los postes colados transmiten menos esfuerzo a la dentina, debido a sus propiedades mecánicas de un módulo de elasticidad más alto.²⁹

La confrontación de los estudios anteriores, a favor y en contra, muestra que los estudios previos no han resuelto la controversia de cuál sistema de postes da mayor resistencia y longevidad a los dientes.

De los resultados de esta investigación, no se concluye que algún tipo de poste sea mejor que el otro, ya que los esfuerzos ante las cargas normales sobre las raíces, es decir a 200 y 400 N, se comportan de manera similar, y aun ante esfuerzos que pueden ser catastróficos, como sería las concentraciones a 600 y 800 N, no hay diferencias tan marcadas en las raíces. La respuesta a por qué se fractura alguno de los elementos, poste, raíz, muñón, ante esfuerzos que difícilmente se dan en boca, como sería a 600 y 800 N, se da en las propiedades mecánicas mismas de cada material o tejido, pero no porque un material lleve a mayor concentración de esfuerzos sobre las raíces.

En el presente estudio, los esfuerzos se concentraron de manera diferente en el poste, en la raíz y en la cofia cerámica en ambos tipos de postes, coincidiendo con el estudio de Dejak y colaboradores.²⁹

En este estudio se obvió el cemento debido a que se requería un número alto de elementos, lo que lleva al aumento en tiempo y costo computacional, y se ha evidenciado que, debido a sus propiedades mecánicas similares a la dentina, esto no sería relevante como parte de la estructura, ya que se verificó que este no recibe las cargas aplicadas sino que las transmite directamente al poste y a la raíz.³⁹

En el estudio hecho, cuando se incrementaron los esfuerzos, los resultados mostraron que el poste colado, la cofia cerámica y el espigo reciben gran esfuerzo observándose una deformación plástica del espigo del poste colado a 600 MPa, mientras que el poste prefabricado exhibe mayores deformaciones elásticas. Esto demostraría las diferencias en estudios clínicos o en estudios in vitro, en los que con el poste colado las fracturas se observan en el espigo y hacia cervical mientras que en el poste prefabricado se observan en el muñón o en cervical y casi nunca en el espigo. Estos hallazgos también son corroborados por Varvara y colaboradores en 2007 en un estudio in vitro, hecho para evaluar la resistencia a la fractura de dientes tratados endodóncicamente con diferentes alturas de dentina residual, concluyendo que ante altas cargas, los postes con alto módulo de elasticidad resistieron más las cargas que los postes más flexibles, pero estos últimos presentaron fallas más favorables que los primeros. Sin embargo, los autores concluyen que estas cargas con fallas catastróficas de los colados, se dan a fuerzas que generalmente no se presentan en la cavidad oral, coherente con lo encontrado en nuestro estudio.⁸

En las especificaciones de este estudio, es importante mencionar que fue con carga estática, no lineal, tridimensional, sometido a fuerzas fisiológicas y no fisiológicas. Se sugiere continuar con estudios con carga dinámica que simulen totalmente la realidad clínica, para complementar los estudios clínicos sobre esta área.

CONCLUSIONES

En las especificaciones de este estudio se puede concluir:

1. Cuando las fuerzas masticatorias están en rangos considerados fisiológicos (200 a 400 N), y la raíz cumple las especificaciones del espacio mínimo para los postes, sin debilitar su estructura dentaria, ambos postes pueden ser predecibles para rehabilitar un diente tratado endodóncicamente.

2. No se puede determinar que un sistema sea mejor que el otro, ya que su comportamiento es totalmente diferente.

3. ]]> Conocer cómo se presentan las concentraciones de los esfuerzos a diferentes cargas, en forma diferente en cada modelo, permite al clínico tomar la decisión adecuada según la elección de sistema que se use.

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CORRESPONDENCIA

Federico Latorre Correa
Facultad de Odontología, Universidad de Antioquia
Calle 64 N.o 52-59
Medellín, Colombia
Correo electrónico: flatorre@une.net.co