Análise fotoelástica da distribuição de tensões produzida na mandíbula pela simulação do esforço mastigatório em sobredentaduras muco-dento-suportadas e prótese total

Photoelastic analysis of stress distribution in jaws under masticatory efforts simulation in overdentures and conventional complete denture

Prótese

Análise fotoelástica da distribuição de tensões produzida na mandíbula pela simulação do esforço mastigatório em sobredentaduras muco-dento-suportadas e prótese total

Photoelastic analysis of stress distribution in jaws under masticatory efforts simulation in overdentures and conventional complete denture

Marcos André Kalabaide VAZ^*

Altair Antoninha Del Bel CURY^**

José Ricardo Lenzi MARIOLANI^***

VAZ, M. A. K.; CURY, A. A. D. B.; MARIOLANI, J. R. L. Análise fotoelástica da distribuição de tensões produzida na mandíbula pela simulação do esforço mastigatório em sobredentaduras muco-dento-suportadas e prótese total. Rev Odontol Univ São Paulo, v. 13, n. 1, p. 67-73, jan./mar. 1999.

O objetivo deste estudo foi verificar a distribuição dos esforços mastigatórios em mandíbulas sob próteses do tipo sobredentaduras e prótese total. Foram confeccionadas três mandíbulas em material fotoelástico, obtidas pela moldagem de uma mandíbula humana desdentada. Os moldes foram preenchidos com resina fotoelástica PLM-4 (Photolastic Inc., Raleigh, USA). Variou-se a disposição dos pilares radiculares nas réplicas, dividindo-as em três grupos: Grupo I, a mandíbula não apresentava raízes suportes (grupo controle); Grupo II, raízes dispostas bilateralmente na arcada dentária correspondendo às raízes dos dois caninos; e Grupo III, raiz de um canino e de um molar dispostos no mesmo hemiarco, de maneira unilateral. Sobre estas, foram confeccionadas prótese total convencional e sobredentaduras, respectivamente, as quais ocluíam em um modelo padrão de resina acrílica termopolimerizável montado num articulador semi-ajustável para a aplicação do carregamento (20 N), simulando a carga mastigatória. Após o congelamento das tensões, as réplicas foram cortadas em sua linha mediana e analisadas num polariscópio de transmissão (Série 060, Photolastic Inc., Raleigh, USA). Pelo padrão de distribuição de tensões observadas puderam concluir que: 1) os três modelos fotoelásticos testados apresentaram diferentes padrões de distribuição de tensão; 2) a mandíbula do Grupo I concentrou mais tensões na região de rebordo; 3) a mandíbula do Grupo II apresentou a melhor distribuição das tensões quando comparada com os outros grupos, pois concentrou a tensão no ápice dos dentes pilares minimizando sua concentração na região desdentada; 4) no Grupo III houve maior concentração dos esforços tanto nos ápices radiculares como na região intermediária desdentada.

UNITERMOS: Força de mordida; Mastigação; Elasticidade; Resistência à tração; Maxilar.

INTRODUÇÃO

O sistema estomatognático tem primordial importância, pois é o responsável pela aplicação das forças às substâncias sólidas nutritivas que são colocadas no interior da boca¹⁷. Este sistema, porém, é considerado por muitos profissionais como entidade desconhecida e de difícil compreensão, haja vista que parte dos cirurgiões-dentistas analisam o elemento dental isoladamente.

A permanência do elemento dental ou pelo menos parte dele reforça o conceito de manutenção dos dentes^9,24. Isto é de grande aceitação e indicação⁷, como uma alternativa clínica no planejamento protético, além desses princípios serem utilizados em implantodontia¹².

O efeito das forças aplicadas aos corpos é manifestado com o desenvolvimento de uma tensão interna que é distribuída de acordo com a direção e a forma com que o corpo é sustentado. Logicamente, as estruturas dentárias não são exceções a esta regra. As forças que ultrapassam o limiar da resposta biológica do osso alveolar causarão inevitavelmente reabsorções ósseas e poderão levar a uma degeneração do rebordo alveolar, o qual é de fundamental importância para a retenção dos aparelhos protéticos totais¹³.

Uma das técnicas experimentais que permite prever a resposta mecânica de uma estrutura simulada mediante um esforço é a fotoelasticidade^1,4,15. Esta técnica é baseada nas propriedades que os materiais transparentes têm de exibir padrões coloridos quando visualizados com luz polarizada, e estes diferentes padrões são desenvolvidos pela distribuição das tensões internas e são denominados de efeitos fotoelásticos⁶.

Diante do exposto, foi proposta a análise in vitro da distribuição de tensões formada nas estruturas internas das mandíbulas com suporte de próteses do tipo muco e muco-dento-suportadas, como contribuição ao planejamento protético^13,17.

MATERIAL E MÉTODO

Para realização dos testes fotoelásticos, foram necessárias réplicas de mandíbula humana que, após sua obtenção, foram divididas em três grupos:

• Grupo I, totalmente desdentada (grupo controle);

• Grupo II, com remanescentes radiculares dispostos bilateralmente na região correspondente aos caninos (direito e esquerdo);

• Grupo III, com remanescentes radiculares dispostos unilateralmente no arco esquerdo (canino e primeiro molar).

Foi selecionada uma mandíbula humana seca, totalmente desdentada, de proporções médias^16,21. Foram obtidos três moldes pela técnica da dupla impressão, com material de moldagem PROVIL (Bayer S. A.). Havia a necessidade de se obterem dois tipos de dentes, para tanto foram realizados dois conjuntos de moldes dos dentes. O primeiro, de dentes compostos de material fotoelástico, para a futura análise fotoelástica, e o segundo, de dentes compostos de silicona de adição, que servirão de alvéolos dentários. Ambos os processos de moldagem foram feitos com a silicona 3110 RTV (Dow Corning, Midland, USA). Selecionaram-se três dentes naturais, um canino inferior direito, um canino inferior esquerdo e um molar inferior esquerdo, nos quais os preparos protéticos foram realizados. Para obtenção do primeiro conjunto de moldes, eles foram mergulhados em material de moldagem para que posteriormente essas cavidades fossem preenchidas com material fotoelástico PLM-4 (Photolastic Inc., Malvern, PA.)^2,19,20.

Previamente à realização do segundo conjunto de moldes, as raízes foram mergulhadas em banho de cera número sete fundida, acrescendo à sua espessura 0,1 mm. Em seguida, foram novamente mergulhadas no material de moldagem. As cavidades desses moldes foram preenchidas com silicona de adição PROVIL - M. Estas raízes compostas de silicona (alvéolos dentais) foram posicionadas no interior dos moldes das mandíbulas através de perfurações e fixadas com dois delineadores²⁸.

Os dentes compostos de material fotoelástico PLM-4 foram posicionados nos respectivos alvéolos deixados nas mandíbulas pelos dentes de silicona, e seqüencialmente fixados nestas posições com o uso do material Sylgard 184 (Dow Corning, Midland, USA), com o intuito de simular a resiliência do ligamento periodontal¹⁸.

Sobre essas réplicas de mandíbula foram confeccionadas próteses (sobredentaduras e total convencional), montadas em articulador semi-ajustável. Modelos acrílicos foram confeccionadas para ocluir sobre essas próteses.

Com o intuito de simular tônus muscular, as réplicas de mandíbulas foram fixadas nos ramos inferiores dos respectivos articuladores com silicona de adição de consistência pesada¹. As próteses foram confeccionadas com base resiliente EVER-SOFT (Myerson, USA) com espessura de 2 mm, para simular a resiliência da mucosa oral^{8,11,14,15,23,25,26}.

Para a aplicação do carregamento foi empregada uma carga de 20 N sobre os articuladores. O congelamento das tensões internas nas réplicas foi obtido levando-as ao forno e elevando-se a temperatura para 127 graus Celsius. Após resfriamento para a temperatura ambiente, as tensões ficaram registradas ou "congeladas" em seu interior¹. As réplicas foram cortadas transversalmente na linha mediana, de modo a permitir uma leitura mais adequada das franjas fotoelásticas. As hemiarcadas esquerdas foram fixadas no interior do polariscópio de transmissão (Série 060, Photoelastic Inc.) em posição perpendicular ao feixe de luz polarizada, permitindo a observação das franjas coloridas que correspondem à distribuição tridimensional das tensões internas. Foram feitos registros fotográficos, com filme para slides Ektachrome asa 100 (Kodak) para possibilitar a comparação dos padrões fotoelásticos em cada secção fotografada.

Para a obtenção dos valores numéricos correspondentes à Ordem de Franja (N) de cada segmento das réplicas fotoelásticas, foi necessária a marcação de uma linha paralela à base e distante 5 mm, no sentido longitudinal. A partir do corte na linha mediana das mandíbulas, foram feitas marcações de 5 em 5 mm, seguindo essas linhas paralelas descritas anteriormente (Figura 1).

FIGURA 1
- Esquema do corte anterior e das marcações dos pontos de onde foram retirados os dados.

RESULTADOS

Para se determinar a Ordem de Franja (N), foi utilizado o Método de Tardy. Os valores correspondentes para cada ponto marcado foram dispostos no Quadro 1. Na linha foram marcados pontos de 5 em 5 mm, a partir do corte na linha mediana das mandíbulas, de 5 a 75 mm.

QUADRO 1
- Valores dos ângulos e Ordem de franja, respectivamente obtidos a 5 mm da base da mandíbula para cada grupo

Os dados deste quadro foram dispostos na Figura 2; no eixo X, distribuíram-se os pontos marcados perpendicularmente à mandíbula de 5 em 5 mm; e no eixo Y o valor correspondente da Ordem de Franja (N).

FIGURA 2
- Pode-se observar na figura, feita diretamente no campo do polariscópio de transmissão, o padrão das franjas correspondentes à distribuição dos esforços mastigatórios do Grupo I (desdentado total).

FIGURA 3 - Pode-se identificar as franjas fotoelásticas de maior ordem pelo contraste mais intenso na região correspondente ao ápice do dente canino.

FIGURA 4 - Pode-se observar a mandíbula do Grupo III, cuja maior concentração de esforços deu-se na região correspondente aos dentes pilares.

No Grupo I, pôde-se observar um pico no valor da Ordem de Franja próximo à área, distante 45 mm da região do corte anterior. Constatou-se que a aplicação do carregamento sobre a prótese total levou a uma maior concentração de tensões na região basal da mandíbula, próximo à área correspondente aos primeiros molares.

No Grupo II, observou-se um pico de concentração dos esforços próximo à área distante 25 mm da linha mediana. Esta área corresponde à posição dos ápices dos caninos, que apresentavam disposição radicular bilateral na arcada dental. Constatou-se que essas sobredentaduras concentraram as tensões de forma mais evidente no ápice dos dentes pilares, e que a concentração de tensão na área desdentada foi menor.

No Grupo III, observaram-se 2 picos de concentração de tensões, um correspondendo à região distante 10 mm da linha mediana e outro distante 50 mm. É possível observar que a maior concentração de tensões deu-se nos locais correspondentes aos ápices dos pilares da sobredentadura, ou seja, dentes canino e molar. A região intermediária entre as raízes, correspondendo à área desdentada, apresentou menor concentração de tensão.

DISCUSSÃO

Várias são as vantagens para o sistema estomatognático quando mantêm-se raízes sob próteses, como, por exemplo, aumento da retenção da prótese, melhora na propriocepção e eficiência mastigatória^12,22,26,27, quando comparados com outro tipo de resolução clínica, como a confecção de próteses totais convencionais.

Os dentes são fixados no interior dos alvéolos dentais pelas fibras do ligamento periodontal, sendo que 80% delas são do tipo oblíquas, principais responsáveis pelo suporte das cargas mastigatórias; por outro lado, o rebordo residual não apresenta qualquer estrutura para suportar essas cargas, contudo ele é freqüentemente utilizado para tal fim. O que se observa clinicamente é que o rebordo residual, sob a base de próteses removíveis muco-dento-suportáveis, sofre constante e progressiva reabsorção. Esta reabsorção torna-se acentuada quando há excessiva concentração de cargas oclusais e estas não são distribuídas de maneira regular e homogênea por toda a extensão do rebordo remanescente⁶.

É importante considerar a distribuição das cargas oclusais mastigatórias, pois, segundo LAVELLE¹³, (1993), o inadequado entendimento da resposta biológica frente aos esforços mastigatórios no rebordo residual é um dos fatores determinantes do insucesso de uma prótese.

Na Figura 2, pode-se observar a comparação entre grupos; no Grupo I ocorreu maior concentração de esforços na região posterior correspondente à posição do primeiro molar na arcada dental. Este fato é condizente com o que ocorre fisiologicamente no sistema estomatognático, onde a maior incidência de cargas se dá neste ponto^1,5. No Grupo II pode ser observada maior concentração de tensão na região apical do canino, correspondendo ao ponto marcado em 25 mm; e na região mais posterior observa-se menor concentração das tensões. Este padrão de distribuição dos esforços permite concluir que a orientação tomada pelo carregamento correspondeu ao sentido do longo eixo dos dentes, em concordância com KRATOCHVIL; CAPUTO¹¹, (1974). Com isso, menor intensidade de esforços foi transmitida ao rebordo residual.

Comparando os resultados numéricos obtidos nos grupos I e II, pode-se supor melhor absorção dos esforços mastigatórios distribuídos ao longo da réplica de mandíbula, quando mantêm-se os dentes como pilares de próteses do tipo sobredentaduras. Estas conclusões estão em concordância com os autores, que defendem a conservação de pilares remanescentes por indicação de fatores mecânicos, principalmente CAPUTO; STANDLEE⁵, (1987); CRUM; ROONEY⁷, (1978) e KALK¹⁰, (1997). Além de RISSIN et al.²², (1978), que afirmaram que as sobredentaduras causam menos trauma aos tecidos moles de suporte que contactam com a área basal da prótese.

Observando o Grupo III, nota-se maior concentração de tensões nos locais correspondentes ao ápice das raízes. Isto é condizente com as conclusões de GLICKMAN et al.⁸, em 1970, em que afirmaram que a carga vinda dos esforços da mastigação segue uma trajetória segundo o longo eixo dos dentes, independentemente da disposição destes nas arcadas dentais. Observando o padrão das franjas fotoelásticas dos dois dentes pilares desta réplica de mandíbula, pode-se constatar a influência da base apical de sustentação na distribuição dos esforços mastigatórios, estando os resultados condizentes com o estudo realizado por CAMPOS JÚNIOR et al.⁴, (1989).

Portanto, supõe-se que o tipo de disposição radicular unilateral, clinicamente contribui para um grande potencial de reabsorção óssea do rebordo. Estes resultados estão em concordância com o trabalho de RALPH; CAPUTO²¹, (1975), no qual afirmaram que os modelos fotoelásticos testados unilateralmente apresentaram uma componente de torque, aumentando sobremaneira a tensão interna das peças.

Dentre os três grupos estudados, o que apresentou o melhor padrão de distribuição da simulação dos esforços mastigatórios foi indubitavelmente o Grupo II, onde os dois dentes pilares encontravam-se dispostos bilateralmente na arcada dental. A maior concentração deu-se nos ápices dos caninos, preservando a área de rebordo desdentada. Donde é válido afirmar que a preservação de dentes como pilares de sobredentaduras em situações bilaterais é mais desejável do que em situações unilaterais. Estes resultados são condizentes com BASKER et al.³, (1991) e KALK¹⁰, (1997) que afirmaram que a localização dos dentes pilares são condição fundamental no planejamento protético, sendo que para isso deve haver uma disposição simétrica dos dentes na arcada dental.

Outro aspecto importante a ser discutido é o desenvolvimento de uma metodologia de trabalho, e da validade deste método experimental para análise de estruturas complexas, como o caso estudado. Este trabalho abre campo para muitos trabalhos experimentais, haja visto o grande número de publicações internacionais sobre o assunto. Este estudo torna-se comprovadamente útil no sentido de enfatizar a utilização de pilares sob próteses e de evidenciar a necessidade de pesquisas nesta área para vislumbrar uma Odontologia mais ampla no verdadeiro sentido da palavra.

CONCLUSÕES

Diante dos resultados obtidos sob as condições deste experimento, é válido concluir que:

1. os três modelos fotoelásticos testados apresentaram diferentes padrões de distribuição de tensão;

2. a mandíbula do Grupo I concentrou mais tensões na região de rebordo que a dos outros grupos;

3. a mandíbula do Grupo II apresentou a melhor distribuição de tensões quando comparada com a dos outros grupos, pois concentrou a tensão no ápice dos dentes pilares, minimizando a concentração na região desdentada da arcada;

4. no Grupo III, houve maior concentração dos esforços tanto nos ápices radiculares como na região intermediária desdentada.

AGRADECIMENTOS

Este estudo somente foi possível pelo apoio científico-financeiro da FAPESP (processo número 95/01678-0).

VAZ, M. A. K.; CURY, A. A. D. B.; MARIOLANI, J. R. L. Photoelastic analysis of stress distribution in jaws under masticatory efforts simulation in overdentures and conventional complete denture. Rev Odontol Univ São Paulo, v. 13, n. 1, p. 67-73, jan./mar. 1999.

The aim of this study was to verify the distribution of masticatory efforts on jaws in overdentures and in a complete conventional denture. Three jaws of photoelastic material were made with double impression modelling technique from a edentulous human jaw. The molds were filled with photoelastic resin PLM-4 (Photolastic Inc., Raleigh, USA). A variation of root dispositions were made on jaws, separating them in three groups; Group I, without roots (control group); Group II, bilateral disposition of roots in the dental arch corresponding to two canines; Group III, one canine and a molar root disposed at the same hemi-arch in an unilateral situation. Conventional complete dentures and overdentures were made over these jaws that ocluded an acrilic cast fixed in a semi-adjustable articulator for the loading aplication (20 N). After "stress freezing", the models were cut off in their median line and analized on a transmission polariscope (Photolastic Inc., Raleigh, USA). Throughout the photoelastic frangent analysis it was concluded that: 1) all the photoelastic models (groups I, II and III) showed different patterns of stress distribution; 2) Group I showed a great concentration of stress all over the residual ridge; 3) Group II was the best in stress distribution when compared with the other groups. The high concentration of stress at the root apex decreased its concentration over all edentulous region of the arch; 4) In Group III a greater effort concentration was observed at the roots apex and also in the edentulous region.

UNITERMS: Bite force; Mastication; Elasticity; Tensile strength; Maxilla.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Recebido em 25/11/97

Reformulado em 18/06/98

Aceito para publicação em 14/12/98

*** Engenheiro e Mestre do Centro de Tecnologia - UNICAMP.

• ²
  ASSIF, D.; MARSHAK, B.; HOROWITZ, A. Analysis of load transfer and stress distribution by an implant-supported fixed partial denture. J Prosth Dent, v. 75, n. 3, p. 285-291, Mar. 1996.
• ³
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• ⁵
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• ⁶
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• ⁹
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• ¹⁰
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• ²⁸
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*

Mestre doutorando em Clínica Odontológia e

**

Professora Doutora da Faculdade de Odontologia de Piracicaba - UNICAMP.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  02 Dez 1999
• Data do Fascículo
  Jan 1999

Histórico

• Aceito
  14 Dez 1998
• Revisado
  18 Jun 1998
• Recebido
  25 Nov 1997