El presente proyecto de investigación tiene como objetivo comparar el grado de corrosión en 2 diferentes marcas comerciales (GC y Orthometric) y sus distintas aleaciones (Acero inoxidable, Níquel-Titanio y Níquel-Titanio termo activado) después de permanecer 4 semanas en un medio bucal con condiciones para ocasionar corrosión en los mismos.
Para lo cual se utilizará 60 segmentos de alambre de 2 centímetros de longitud cada uno, de calibre 0.019x0.025”. Divididas en 2 grupos (30 segmentos de alambre) para cada marca estudiada, dentro de los cuales se tomará 10 muestras para cada tipo de aleación, las mismas que serán de distinta procedencia (nuevos-pacientes). Y como grupo control se tomará una muestra perteneciente a cada grupo (6 segmentos de alambre)
Las muestras serán observadas y documentadas por medio del Microscopio Electrónico de Barrido con ayuda de EDS, de la facultad de Ingeniería mecánica de la Universidad San Francisco de Quito. Datos que nos permitirán evaluar cualitativa y cuantitativamente los cambios superficiales que puedan presentar los arcos de ortodoncia sujetos al estudio. El grupo control estará expuesto a saliva artificial y conservado a una temperatura de 37°C, durante el mismo tiempo, cuyas muestras serán pesadas antes y después de este tratamiento con el fin de determinar si existe o no perdida de material.
Finalmente, los datos obtenidos serán analizados con U Mann Withney con 95% de confiabilidad.
Palabras clave: Corrosión, aleación, arco de ortodoncia, microscopio electrónico de barrido
The objective of this research project is to compare the degree of corrosion in 2 different commercial brands (GC and Orthometric) and their different alloys (Stainless Steel, Nickel-Titanium and Thermo-Activated Nickel-Titanium) after spending 4 weeks in an oral environment with conditions to cause corrosion therein.
For which 60 segments of wire each 2 centimeters long, 0.019x0.025” gauge, will be used. Divided into 2 groups (30 wire segments) for each brand studied, within which 10 samples will be taken for each type of alloy.
The samples will be observed and documented using the Scanning Electron Microscope, of the Electron Microscopy Center of the San Francisco University of Quito, before and after exposure to the oral environment. Data that will allow us to qualitatively evaluate the superficial changes that the orthodontic arches subject to the study may present.
Finally, the data obtained will be analyzed with ANOVA and Tukey's Test with 95% significance.
Key words: Corrosion, alloy, orthodontic arch, surface changes, scanning electron microscope
Los alambres o arcos utilizados en Ortodoncia, son los responsables en generar la fuerza necesaria para el movimiento dental durante el tratamiento con aparatología fija. Ya que tienen la capacidad de almacenar y liberar energía, ocasionando alteraciones químico-biológicas que estimulan el ligamento periodontal, a través del cual se consigue el objetivo antes mencionado.1
Estos alambres son aleaciones resultado de la mezcla de dos o más metales que, en comparación a su estado puro, al fusionarse presentan mejores características físicas, como: biocompatibilidad, mayor rigidez, peso reducido, y una superior resistencia a la corrosión. Al no existir materiales capaces de soportar las condiciones intraorales, hasta 1930 las aleaciones preciosas eran las únicas utilizadas para un tratamiento de ortodoncia, disminuyéndose su uso y con la aparición de las aleaciones de acero inoxidable, con el pasar de los años y hasta la actualidad se ha incorporado también el titanio en esta fusión de metales, obteniendo excelentes resultados2,3
Acero inoxidable: Esta aleación posee grandes propiedades mecánicas y es el indicado para ejercer fuerzas controladas encaminadas a movimientos dentales, ya que presentan alta rigidez y baja deflexión máxima, por lo cual es necesario confeccionar en las mismas asas que nos permitan trabajar en la fase de alineación, siendo muchas veces sustituidos por arcos de baja rigidez durante esta etapa.4 Está compuesto en gran proporción por hierro, seguido de cromo, níquel y presentando pequeñas cantidades de cobre y aluminio, y a diferencia del acero clásico usado en industrias, este no contiene carbono.4,5
Aleación de níquel titanio: Estos arcos se introdujeron en la década de 1970, y han contribuido significativamente en la evolución del tratamiento ortodóntico, tratándose de una aleación con memoria de forma, ya que está conformada por dos formas cristalográficas, y gracias a la conversión de las mismas (fase martensítica a austenítica) este material puede recuperar su forma inicial posterior a haber sido deformada macroscópicamente. Esto le otorga la habilidad de recuperar su forma perdida tras experimentar una deformación macroscópica.6,7
Poseen características importantes como brindar fuerzas continuas y ligeras, mínima deformación plástica, y debido a su superelasticidad son versátiles y pueden ser utilizadas en cualquier etapa del tratamiento de ortodóntico, sin provocar daño al periodonto. Además de mostrar un buen rendimiento ante la corrosión y la compatibilidad.8,9 Está compuesta por distintos elementos, pero se encuentra en predominante y cercana proporción el Níquel y Titanio. Las propiedades antes mencionadas de esta aleación dependen de las proporciones de sus componentes, así como de los tratamientos térmicos y mecánicos recibidos en su fabricación. De esta manera el aumento de níquel da como resultado una disminución de la temperatura de transformación y un aumento de la necesidad de tensión.4,10
Aleación de níquel titanio cobre: Las aleaciones de cobre-níquel-titanio fueron desarrolladas para su uso clínico en el año 1990, actualmente representan los alambres con súper elasticidad y memoria en ortodoncia, y resultan sumamente útiles como alambres iniciales en el tratamiento ortodóncico, por su facilidad de colocación en arcadas con dientes severamente desalineados. Estas aleaciones con memoria recuperan su forma como resultado de la transformación de la fase martensítica en austenítica.7,11,12
La adición de cobre a las aleaciones de Níquel-titanio incrementa el intervalo de temperatura de transición alrededor del nivel de la temperatura intraoral, lo que facilita un control más preciso del efecto de memoria de forma y le facilita determinar con exactitud su temperatura de trabajo. En otras palabras, se puede activar y desactivar el arco a través del consumo de alimentos o bebidas calientes o frías.7,12
Se ha demostrado que estas aleaciones metálicas dentro de la cavidad bucal, al estar expuestas a humedad, alimentos, productos de higiene oral, modificaciones del pH salival y ataques electroquímicos producidas por la misma, pueden corroerse o sufrir cambios superficiales ya que estos biomateriales son utilizados por Ortodoncistas durante un tiempo considerable. Alterando su biocompatibilidad y llegando a generar un posible riesgo de alguna reacción alérgica o tóxica en el organismo del paciente.1
Los arcos de ortodoncia proporcionan áreas de bajo flujo salival permitiendo la adhesión bacteriana y la formación de biopelículas. La corrosión de los mismos y las respuestas biológicas son la mayor preocupación. Estas aleaciones metálicas utilizadas en el tratamiento de ortodoncia en promedio se mantienen entre 1 y 4 meses en un ambiente que se considera potencialmente corrosivo.13
En el campo de la Ortodoncia, el acero inoxidable ha sido el más utilizado, por su versatilidad, así como por sus excelentes propiedades, como la resistencia a la corrosión, las mismas que también poseen las aleaciones de memoria (NiTi) que se han ido ganando su popularidad con el pasar de los años. Sin embargo, todos los materiales interactúan continuamente con los líquidos de la boca; haciéndolos susceptibles a la corrosión. Para la práctica clínica deben ser utilizadas aleaciones con alta resistencia a la corrosión en el medio bucal, por lo que metales puros no son empleados debido a sus propiedades mecánicas pobres.13,14
Esta es una investigación de tipo experimental, comparativo y prospectivo. En donde se tomó la misma cantidad de unidades de análisis del estudio previo de Valencia en el 2022. 13 Conformado por 66 muestras (segmentos de arcos ortodónticos de 2 centímetros de longitud cada uno), todos de forma rectangular, de calibre 0.019x0.025”.
Distribuidas en tres grupos (1 grupo por marca comercial y 1 grupo control), de la siguiente manera: Dos grupos experimentales con 30 muestras cada uno perteneciente a cada marca comercial (Orthometric-Brasil, Gc-USA). De los mismos, se formaron 3 subgrupos con 10 unidades para cada aleación estudiada (NitiCu, Niti y acero inoxidable). De estas 10 unidades, 5 fueron tomadas de pacientes y 5 nuevas. Y como grupo control se tomó una muestra perteneciente a cada subgrupo (6 segmentos de arcos ortodónticos)
Para el grupo experimental, se recolectaron los arcos ortodónticos que fueron usados en pacientes de ortodoncia y que ya cumplieron su ciclo activo de 4 semanas. Los mismos que cumpliendo con el requisito de anonimización, fueron removidos y proporcionados por los residentes de posgrado de ortodoncia de la Universidad San Francisco de Quito.
De la misma manera, a partir de los arcos nuevos se tomó un segmento de 2 cm y se almacenó de manera pertinente. Al igual que el grupo con muestras de arcos nuevos, se cortó segmentos de 2 cm de longitud, pero en este caso fueron sumergidas en saliva artificial y almacenas a 37°C en la estufa del laboratorio de la facultad de Ingeniería Química de la Universidad San Francisco de Quito
Describiendo el procedimiento, las muestras fueron preparadas para ser observadas y medidas por medio de EDS en el Microscopio Electrónico de Barrido, de la facultad de Ingeniería mecánica de la Universidad San Francisco de Quito.
Se colocaron en la platina y se observaron a una magnificación de 1500x. Cada alambre analizado en un punto cada segmento abarcando un área de 500 micras cada imagen, obteniendo las imágenes fotográficas de cada segmento y su análisis cuantitativo de los elementos presentes en cada muestra evaluada.
Se calculó la media, desviación estándar, valor mínimo y valor máximo de la variable grado de corrosión, luego se realizó un análisis estadístico con la prueba U de Mann-Whitney para muestras independientes, en el programa SPSS versión 29. Esto con el fin de determinar si existe una correlación entre el costo, aleación, marca y la corrosión de los alambres de Ortodoncia. Los datos obtenidos se analizaron y graficaron para poder interpretar los resultados. El presente estudio por no trabajar con seres humanos no requirió pasar por un comité institucional de ética.
La información obtenida de las 66 muestras se organizó en una hoja de cálculo Microsoft Excel 2023, luego de depuración y codificación se exportó como base de datos al programa SPSS versión 23 IBM ©. En primer lugar, se procedió a caracterizar la distribución de las muestras en los respectivos grupos y subgrupos; considerando como grupo principal, la marca (GC y Orthometric), la aleación (Ni Ti Cu, Ni Ti y SS) y finalmente el tratamiento (Nuevo, Paciente y Control).
De las 66 probetas examinadas, 33 (50%) correspondieron a la marca GC, y las otras 33 (50%) al ORTHOMETRIC, para cada marca se probaron 3 aleaciones, con 11 probetas por material, dando un total de 11 (16,7%) muestras de cada aleación y para cada material, de estas 11 muestras, 5 (7,6%) fueron para el grupo de tratamiento en arcos nuevos, 5 (7,6%) fueron para el grupo de tratamiento en arcos de paciente, y 1(1,5%) para el grupo control.
En función del objetivo interesó cuantificar la composición de los iones libres como indicador de la corrosión, dado que dichos valores son cuantitativos continuos se procedió a realizar el test de normalidad con el fin de direccionar el procedimiento de estadística inferencial por emplear.
Se observó que, para todas las variables de prueba, la significancia fue p <0,05, indicando que no se cumplió el supuesto de normalidad, determinándose la necesidad de emplear pruebas no paramétricas para la comparación de los resultados. En este caso la prueba de Kruskal Wallis para la multicomparación y la prueba U Mann Whitney para comparaciones la comparación por pares.
En forma general al comparar la composición de las muestras resultantes se determinó que no existió diferencia significativa en dicha composición entre los dos grupos (marca, independientemente de aleación o tratamiento), según prueba de U Mann Whitney (p<0,05), no obstante, e observa una ligera mayor concentración de níquel y titanio para GC que para Otrthometric, en tanto que la composición de hierro, cromo y oxígeno fue mayor para Orthometric.
En este caso (para la marca (GC) si se observan diferencias significativas en la composición, intuyéndose que existe incidencia del tipo de aleación, los elementos (iones) que presentaron diferencia significativa fueron: níquel, titanio, hierro y cromo (p<0,05), en el caso del níquel fue mucho mayor para la aleación NiTiCu (46,4%) que para Ni Ti (43,8%) y para SS (7%), la tendencia fue similar para titanio; NiTiCu (37,2%) que para Ni Ti (34,7%), y para SS (0%), en tanto que para hierro se obtuvieron mayores porcentajes para SS (55,6%), NiTiCu (18,5%) y no se registró este elemento en la aleación NiTi, similar tendencia para la concentración de cromo; para SS (14,9%), NiTiCu (15%) y no se registró este elemento en la aleación NiTi,
En este caso, para la marca (Orthometric) si se observan diferencias significativas en la composición, intuyéndose que existe incidencia del tipo de aleación, los elementos (iones) que presentaron diferencia significativa fueron: níquel, titanio, hierro, cromo y oxígeno (p<0,05), en el caso del níquel fue mucho mayor para la aleación NiTiCu (45,3%) que para Ni Ti (38,1%) y para SS (7,6%), la tendencia fue similar para titanio; NiTiCu (33,7%) que para Ni Ti (30,8%), y para SS (0%), en tanto que para hierro se obtuvieron mayores porcentajes para SS (63%) y no se registró este elemento en la aleación NiTi Cu, tampoco para Ni Ti, similar tendencia para la concentración de cromo; para SS (17,1%), NiTiCu (5,7%) y no se registró este elemento en la aleación NiTi.
A raíz de estas tendencias se extendió el análisis al tratamiento, conformándose 9 grupos para cada marca, los resultados se explicitan en las dos siguientes tablas.
Ahora, para el grupo de GC, se observa gran influencia del tratamiento (nuevo o paciente), se precisa señalar que se excluyó el control del cálculo de la significancia según Kruskal Wallis, puesto que se trataba de una única muestra, pero se presenta su valor medio, únicamente con fines comparativos. Se presentaron diferencias significativas para la concentración de níquel, titanio, hierro, cromo, carbono y oxígeno (p<0,05). El hierro y el cromo estuvieron presentes únicamente en los grupos con SS, siendo menor para el grupo analizado en paciente.
Para el grupo Orthometric, también se observa gran influencia del tratamiento (nuevo o paciente), se precisa señalar que se excluyó el control del cálculo de la significancia según Kruskal Wallis, puesto que se trataba de una única muestra, pero se presenta su valor medio, únicamente con fines comparativos. Se presentaron diferencias significativas para la concentración de níquel, titanio, hierro, cromo, carbono y oxígeno (p<0,05). El níquel se presentó en mayor concentración en los subgrupos de la aleación Ni Ti Cu, seguidos por los de Ni Ti, sin que en este par existan diferencias significativas, pero se disminuyó notablemente para los grupos de SS. El titanio de igual forma fue de alguna manera semejantes entre los grupos de Ni Ti Cu y Ni Ti, pero fue escaso para el grupo SS. El hierro y el cromo estuvieron presentes únicamente en los grupos con SS, siendo menor para el grupo analizado en paciente.
También se determinó la cantidad de oxígeno y carbono presentes en estas aleaciones, para cada tipo de tratamiento y marca, obteniendo los siguientes resultados: Ambos grupos presentaron la mayor concentración de oxígeno y carbono en el grupo de pacientes. Tomando en cuenta este dato, en el caso de la marca Orthometric, su mayor porcentaje de oxígeno fue para la aleación Ni Ti (19,22%) seguida por la de NiTiCu (15,99%) y para SS (5,19%), y para el carbono de la misma manera para la aleación de NiTi (34,40%) seguida por la de NiTiCu (18,16%) y para SS (16,43). En el grupo GC los valores para el carbono y oxígeno fueron menores para la aleación NiTiCu seguidos por la aleación NiTi y se elevaron ostensiblemente en el grupo SS.
También se elaboraron diagramas de dispersión que demuestran la relación de la corrosión de los arcos de ortodoncia en cuanto a su precio y su marca, tomando en el oxígeno que es su elemento corrosivo característico predominante en este estudio. En cuanto a la aleación de NiTi se observa un mayor grado de corrosión en los arcos de menor costo en el mercado, pero en la aleación de SS los arcos de esta procedencia presentan los valores más bajos de corrosión frente a los arcos de un costo mayor. Mientras que en la aleación de NiTi-Cu, se presentó una respuesta similar en los arcos de ambas procedencias.
El presente estudio evalúa el grado de corrosión de los alambres usados en ortodoncia, tras una exposición de 4 semanas al medio bucal. Este es un estudio de gran relevancia ya que es de los pocos que evalúan de manera cuantitativa el comportamiento de estos metales por medio de un análisis elemental y porcentual por medio de EDS a través de SEM, obteniendo resultados contundentes.
La comprensión minuciosa del estado físico-químico de las aleaciones metálicas utilizadas en los arcos ortodónticos, así como sus productos de corrosión liberados en el medio bucal es muy importante ya que estos dispositivos permanecen en el medio oral por un cierto período de tiempo.
Existen reportes actuales de corrosión indeseable en los metales y alambres usados en ortodoncia, que concuerdan con esta investigación, como es el caso del estudio de Valencia en el 202213, que afirma que sí existe corrosión en arcos ortodóncicos (NiTi, NiTi-Cu y Acero Inoxidable) tras su exposición a un medio ambiente bucal y distintos fluoruros, pero siendo necesario refutar que entre ellos no existe diferencia en cuanto a su resistencia a la corrosión, ya que los resultados presentes muestran un contraste estadísticamente significativo.
Otro relevante estudio previo, que concuerda con la investigación antes mencionada es la de Font en el 20014, en donde sugiere que no existen diferencias significativas entre los distintos materiales constitutivos de los alambres para ortodoncia en condiciones normales de tratamiento. Pero coincide con el presente al recalcar que condiciones extremas obtenidas en laboratorio el Nitinol puede ser el material de alambre más vulnerable a la corrosión
De la misma manera, en el estudio de Paredes en el 201615, que evaluó mediante un sistema electroquímico la velocidad en que el ion fluoruro contenido en saliva artificial produce corrosión sobre los arcos de NiTi, encontrando que este compuesto acelera sustancialmente el proceso corrosivo sobre esta aleación. Coincidiendo con los resultados de la presente investigación, ya que en los arcos antes mencionados se encontró un porcentaje significativo de iones de flúor, oxígeno y carbono característicos de este fenómeno tratado.
Montañez en el 200816, menciona que el principal problema que presenta la utilización de NiTi en ortodoncia, es su alto contenido en níquel que puede provocar alergias y reacciones tóxicas, debido a la liberación de iones Ni++ en el proceso de corrosión. Hecho que se confirma en este estudio que, por medio de Microscopía Electrónica de Barrido, se determinó el alto porcentaje de Níquel dentro de su composición, así como también una marcada perdida del mismo luego de ser expuesto a un medio corrosivo como es la cavidad bucal.
En el 2015 Pellegrini17, presentó una investigación, en donde utilizó el mismo instrumento de medición (EDS) y obtuvo resultados similares al presente estudio, en el cual además de observar irregularidades superficiales perceptibles pudo verificarse la composición elemental de cada aleación, que luego de 4 semanas, además de estos compuestos se detectaron elementos propios del medio bucal y muy relacionados con un proceso de corrosión como es el caso del oxígeno, carbono o flúor.
Vargas en el 201018, por medio de pruebas electrolíticas encontró que las muestras de NiTi presentaron mayor estabilidad frente a las otras muestras estudiadas, y que el acero inoxidable mostró, en todos los casos, el mayor potencial corrosivo y mayor inestabilidad en el medio de la saliva artificial. Datos que se contraponen con los aquí obtenidos, en donde los arcos de ortodoncia de NiTi son los que presentan un mayor grado de corrosión en comparación con las otras aleaciones comparadas, y siendo el acero inoxidable más resistente frente a la misma.
A partir de la información obtenida, se puede afirmar que sí existe corrosión en los alambres de Ortodoncia (NiTi, CopperNiTi y Acero Inoxidable), tras su exposición a un medio bucal o saliva artificial, en mayor o menor grado según su aleación y marca estudiada.
Agradecemos al Ingeniero Alfredo Valarezo, Director del Instituto de Energía y Materiales y encargado del laboratorio de Ingeniería mecánica, por facilitarnos el uso del Microscopio electrónico de barrido junto a su EDS, y ser guía en la fase experimental de esta investigación. Y al Doctor Ebingen Villavicencio por su invaluable colaboración con el análisis y estadística de la presente.