Metales No Nobles en Odontología: Usos y Aleaciones

En odontología, la selección de materiales para prótesis y restauraciones dentales es crucial para garantizar la durabilidad, funcionalidad y biocompatibilidad. A lo largo de la historia, los materiales han evolucionado desde el marfil y los dientes naturales hasta las aleaciones metálicas de alta tecnología, cerámicas y resinas modernas.

Las aleaciones dentales son mezclas homogéneas de dos o más elementos metálicos, diseñadas para ofrecer propiedades mecánicas, físicas y químicas superiores a las de los metales puros. Estas aleaciones deben ser capaces de soportar fuerzas masticatorias significativas y mantener su integridad a largo plazo.

Históricamente, el desarrollo de aleaciones dentales se remonta al siglo XIX, con la introducción del amalgama dental por G.V. Black. Desde entonces, las aleaciones han evolucionado desde sistemas binarios simples hasta composiciones multicomponente que incluyen titanio, paladio, platino, cobalto, cromo y níquel.

La metalocerámica se ha consolidado como un sistema extremadamente fiable y, pese al auge de la cerámica sin metal, continúa ocupando el primer lugar destacado en la restauración con coronas y puentes. La metalocerámica constituye también aquí la combinación de materiales más fiables para la prótesis dental fija. En el año 1962 se introdujo en Alemania la técnica de la metalocerámica como desarrollo conjunto de Vita Zahnfabrik, Bad Säckingen, y de la antigua Degussa, actualmente DeguDent, Hanau.

Actualmente se considera unánimemente que la metalocerámica es un sistema fiable con una elevada tasa de éxito, pero la variedad de materiales ha alcanzado niveles excesivos. En consecuencia, la tolerabilidad biológica, esto es, la biocompatibilidad de los materiales, continúa constituyendo para la metalocerámica una cuestión central del tratamiento odontológico.

Los materiales cerámicos están considerados generalmente como biocompatibles, si bien naturalmente también se ensayan siempre estos materiales para verificar su biocompatibilidad. Sin embargo, en la cuestión de la biocompatibilidad de los sistemas metalocerámicos la atención se dirige a las aleaciones. E incluso hoy en día, después de casi 50 años de evolución en la metalocerámica, continúa teniendo sentido discutir sobre la biocompatibilidad de las aleaciones. Esto vuelve a ponerse especialmente de manifiesto en los últimos tiempos, toda vez que por motivos de costes se utiliza con creciente frecuencia para la metalocerámica una nueva clase de aleación, las aleaciones sin metales nobles.

Composición y Biocompatibilidad de las Aleaciones

El factor determinante para la biocompatibilidad de las aleaciones es su comportamiento de corrosión, ya que sólo aquellos componentes que se disuelven pueden ser absorbidos por el organismo e interferir con el metabolismo. A su vez, el comportamiento de corrosión viene determinado en gran medida por la composición de las aleaciones. De ahí que para la consideración de la biocompatibilidad de las aleaciones aptas para el recubrimiento cerámico deba ofrecerse primero una visión de conjunto de las composiciones típicas de las aleaciones, para posteriormente abordar el comportamiento de corrosión y finalmente la biocompatibilidad. Los requisitos planteados a las propiedades mecánicas y térmicas de las aleaciones aptas para el recubrimiento cerámico están definidos en la norma DIN EN ISO 9693.

Las definiciones tradicionales del concepto de biocompatibilidad parten de un comportamiento inerte del material, de modo que durante la implantación el material no debe ser degradado por el organismo anfitrión ni liberar material en forma de productos de corrosión, y por consiguiente no puede desencadenar reacciones patológicas9, mientras que actualmente este concepto designa la propiedad de un material de desempeñar su tarea en el organismo anfitrión de tal manera que no se produzcan reacciones biológicas indeseadas41.

Las buenas aleaciones presentan una liberación de iones apenas medible en el ensayo de corrosión. Sólo pueden aparecer reacciones de intolerancia cuando la aleación se corroe. La acción biológica de los iones liberados puede ser tóxica o alérgica. Si los colados son porosos o se dejan óxidos tras la cocción, el resultado es una acusada tendencia a la corrosión.

Además se recomienda tener en cuenta la ISO 10993-1 para la elección de ensayos de biocompatibilidad adecuados y la ISO 7405 como norma específica para materiales dentales, y someter a prueba los materiales para determinar posibles riesgos biológicos o toxicológicos.

Las composiciones típicas de las aleaciones de metales nobles aptas para el recubrimiento cerámico pueden recogerse con bastante claridad en un esquema simplificado (tabla 1). En los ejemplos mencionados se trata de aleaciones seleccionadas de un fabricante (Cendres & Métaux SA, Biel, Suiza) en cuyo desarrollo tuvo una considerable participación el autor, motivo por el cual cuenta con amplias experiencias y conocimientos al respecto, si bien esto no quiere decir que aleaciones de otros fabricantes sean menos apropiadas. Las composiciones de las aleaciones son indicadas por los fabricantes en porcentaje de la masa (%m). Esto obedece a motivos prácticos, ya que de este modo se simplifica el cálculo del precio. Sin embargo, para poder evaluar mejor las verdaderas particularidades, es más interesante conocer las proporciones atómicas de los elementos de la aleación.

Tabla 1: Composiciones Típicas de Aleaciones de Metales Nobles

Descripción individual de los grupos de aleaciones según la tabla 1:

• Au-Ti: En principio, el oro (Au) está considerado como el metal noble más biocompatible, en virtud de su comportamiento inerte y la consiguiente resistencia a la corrosión. Sin embargo, el oro es demasiado blando como para poder ser utilizado como sustancia pura para la metalocerámica. De ahí que, dependiendo del tipo de aleación, sean necesarios componentes de aleación específicos que resulten en un endurecimiento.

Si va a alearse Au con sólo otro metal, puede recurrirse al titanio (Ti), considerado ya de por sí el metal no noble compatible en la odontología, dado que se utiliza con éxito en la implantología. Mediante pequeñas adiciones de Ti al Au se forma la fase intermetálica TiAu4, la cual conduce a un endurecimiento significativo de la aleación. Estudios exhaustivos han demostrado que una aleación basada en Au con 1,7% Ti y 0,1% Ir como afinador de grano constituye una composición óptima para lograr unas propiedades mecánicas y térmicas adecuadas12. Las propiedades de la aleación resultan de la estructura, la cual consiste en una matriz de Au en la que está empotrada la fase intermetálica TiAu4 en forma de pequeñas agujas (fig. 1). Esta malla de pequeñas agujas estabiliza el material hasta temperaturas elevadas, lo cual resulta en una resistencia propia suficiente y una estabilidad de cocción excelente a pesar del elevado contenido en Au. Sorprendentemente, el afinador de grano Ir conduce, ya en el orden de magnitudes mencionado de 0,1%, a una drástica mejora de la estabilidad de cocción, que pese al elevado contenido en Au es equiparable a la de las aleaciones basadas en Pd o las aleaciones sin metales nobles13. La unión metalocerámica se ha revelado, a pesar de la fuerte oxidación del óxido de titanio durante el proceso de cocción, como equiparable a la de las aleaciones aptas para el recubrimiento cerámico tradicionales14. La proporción de Ti es de 6,7 %at con un porcentaje de la masa del 1,6%. Esta elevada proporción de Ti da lugar a una intensa oxidación durante el proceso de colado, en caso de que no se trabaje adoptando medidas de protección especiales. Entre éstas se cuentan un recubrimiento de gas protector con argón y la utilización de crisoles de carbono15,16.

Fig. 1. Estructura de la aleación AuTi. La fase intermetálica cristalizada en forma de agujas estabiliza la matriz de oro blando.

• Au-Pt-Zn: La base de las aleaciones aptas para el recubrimiento cerámico con elevado contenido en oro la constituye el sistema binario Au-Pt, ya que presenta una temperatura de solidificación lo suficientemente elevada, y debido a la laguna de miscibilidad entre Au y Pt en estado sólido posibilita un buen endurecimiento. Sin embargo, el sistema Au-Pt presenta el inconveniente de que el intervalo de fusión resulta relativamente amplio ya con un bajo contenido en Pt, y debido a la segregación durante el enfriamiento tras el colado se forma una estructura de aleación inhomogénea. En consecuencia, sólo se puede añadir Pt a la aleación hasta aproximadamente un 15 %at. En el proceso protésico normal, con esta baja proporción de Pt sólo es posible un endurecimiento limitado. Mediante la adición de cinc (Zn) a la aleación pueden ajustarse los datos técnicos de tal manera que se obtienen una resistencia suficiente, un coeficiente de expansión térica adecuado y una temperatura de fusión favorable. Además, gracias a la formación de óxido adhesivo durante el proceso de cocción, el cinc garantiza la unión química a la cerámica. La composición ideal en cuanto a los datos técnicos se obtuvo con un contenido de aproximadamente 16,9 %at Pt (junto con 0,1 %at Ir, esto resulta en 17,0 %at) y 6,0 %at Zn. La estructura (fig. 2) presenta en los límites de grano una reducida disgregación hacia la fase rica en Au y Pt. La disgregación tiene lugar con especial facilidad en los límites del grano, dado que aquí es posible la difusión a lo largo de las superficies limítrofes, y la concentración de defectos constructivos en las superficies limítrofes facilita adicionalmente la difusión.

Fig. 2. Estructura de la aleación AuPtZn. La separación de fases se aprecia claramente en los límites de grano.

• Au-Pt-Pd-In: Mediante la adición de Pd al sistema Au-Pt puede evitarse el problema de la segregación18, dado que el Pd tiene como efecto la homogeneización y el estrechamiento del intervalo de fusión. En lugar de Zn, ahora el indio (In) es el metal no noble de elección para alcanzar un endurecimiento18. Además, el indio garantiza, en virtud de la formación de óxido adhesivo durante el proceso de cocción, una buena unión química a la cerámica24. Los parámetros óptimos en cuanto a las propiedades de la aleación se alcanzaron con la composición (en %at) de 72,0% Au, (9,4 + 0,1%) (Pt + Ir), 19,0% Pd y 5,5% In. La homogeneidad de la aleación se pone de manifiesto en la micrografía (fig. 3). Por lo tanto, en %at la proporción de Pd es mayor que la proporción de Pt, mientras que la proporción al convertir a %m es exactamente la inversa. Dado que este sistema es muy tolerante ante las fluctuaciones de procesamiento, las primeras aleaciones aptas para el recubrimiento cerámico se basan en el sistema Au-Pt-Pd-In. Las aleaciones de este tipo tienen un color relativamente amarillo pálido y sólo satisfacen parcialmente los requisitos estéticos. Mediante la reducción de la proporción de Pd puede optimizarse el color, pero la aleación pierde en el proceso resistencia mecánica y estabilidad de cocción17 y en consecuencia puede deformarse en mayor medida durante el proceso de cocción. Mediante pequeñas adiciones de plata (Ag), cobre (Cu), Zn, así como hierro (Fe) y renio (Re), pueden optimizarse el color y la trabajabilidad.

Fig. 3. Estructura de la aleación AuPtPdIn. La adición de Pd conduce a una estructura homogénea.

• Au-Pd-In-Ga: Mediante la sustitución parcial del Au y la sustitución total del Pt por el más económico Pd, se dispone de una posibilidad ilimitada para el desarrollo de aleaciones aptas para el recubrimiento cerámico, dado que Au y Pd se mezclan excelentemente y, mediante la adición de In, galio (Ga) y otros metales no nobles en las proporciones de cantidad adecuadas, pueden adaptarse en un amplio ámbito a los requisitos de la técnica de recubrimiento metalocerámica. Para el endurecimiento y para rebajar la temperatura de fusión debe añadirse una cantidad apreciable de In superior a 10 %at. Típicamente, estas aleaciones presentan alrededor del 50 %at de Pd, de modo que ya pueden considerarse aleaciones basadas en Pd, pese a que debido a la proporción de Au superior expresada en porcentaje de la masa (tabla 1) continúan denominándose aleaciones reducidas en oro. No es posible rebajar en la medida suficiente mediante In la temperatura de fusión. En este caso debe trabajarse adicionalmente con galio (Ga). Ga posee un punto de fusión de 37 ºC, lo cual lo convierte en muy eficiente en este sentido23. Con una proporción de Pd tan elevada, es preciso utilizar rutenio (Ru) en lugar de Ir como afinador de grano.
• Au-Pd-Ag-In-Ga: Pueden desarrollarse aleaciones aún más económicas basadas en Pd, prescindiendo en gran medida de Au. Sin embargo, un incremento adicional de la proporción de Pd lleva aparejada la necesidad de añadir a la aleación una mayor proporción de metales no nobles y sustituir por Ag parte del oro ausente. De ello resulta el denominado tipo 75/6 con aproximadamente 75 %m Pd y 6% Au, además de aproximadamente 6,5% Ag, 6% In y 9% Ga.
• Pd-Ag-Sn: El incremento de la proporción de Ag permite prescindir por completo de Au. Sin embargo, es preciso incrementar considerablemente la proporción de Ag y reducir nuevamente la proporción de Pd para evitar que la temperatura de fusión aumente en exceso. En este sistema, Sn es el componente de aleación más efectivo.

El cambio de las aleaciones con elevado contenido en oro a las aleaciones a base de paladio (Pd), introducido en la sanidad por los seguros de enfermedad por motivos de ahorro de costes, chocaba contra la conciencia de salud que se estaba desarrollando socialmente y el consiguiente deseo de materiales odontológicos biocompatibles. Informes aislados sobre reacciones de intolerancia con los más diversos grados de intensidad contra las aleaciones a base de Pd, a los que se dedicó amplio espacio en la prensa, condujeron a una campaña contra el metal noble Pd, que fue responsabilizado prematuramente por estas reacciones de intolerancia. De este modo se produjo un cambio de tendencia, con un aumento de la utilización de aleaciones con elevado contenido en oro y con el rápido desarrollo de nuevas aleaciones de metales nobles sin Pd. Éstas fueron desarrolladas por una parte sobre la base de las aleaciones Au-Pt conocidas, y por otra parte sobre la base de las aleaciones Au-Ag-Cu, si bien para éstas era necesaria una nueva cerámica de recubrimiento de bajo punto de fusión debido a las bajas temperaturas de fusión. El primer y más conocido sistema de esta tecnología fue el Golden Gate System (DeguDent).

Gracias al desarrollo exitoso de cerámicas de recubrimiento con un coeficiente de expansión térmica adaptado, hoy en día es posible recubrir con cerámica incluso aleaciones sin metales nobles que presentan un contenido en metales no nobles superior al 99 %. Ello ha conducido a una expansión extraordinaria del mercado para estas aleaciones, especialmente en los países en los que el reembolso de los tratamientos odontológicos está regulado por ley, y en consecuencia los costes desempeñan un papel fundamental.

Propiedades Mecánicas de las Aleaciones

Los requisitos definidos en las normas son el resultado de las largas experiencias clínicas con los materiales. Para poder satisfacer estos requisitos deben alcanzarse los datos técnicos correspondientes mediante la elección adecuada de la composición de la aleación.

Las propiedades mecánicas relevantes de las aleaciones dentales incluyen:

1. Módulo de elasticidad: Indica la rigidez relativa de la aleación. A mayor módulo, más rígida es la aleación.
2. Resistencia a la tracción: Capacidad de soportar un material sin que sufra deformación permanente.
3. Porcentaje de elongación: Medida de la ductilidad, que permite deformar la aleación sin fracturarse.
4. Dureza: Indica la resistencia a la indentación.

Metales Comunes en Aleaciones Dentales

Algunos de los metales más utilizados en aleaciones dentales, tanto nobles como no nobles, incluyen:

• Oro: Es el más dúctil y maleable de todos los metales, utilizado para aumentar la resistencia a la decoloración y la corrosión.
• Platino: Aumenta la dureza y la firmeza en algunas aleaciones.
• Osmio y Rutenio: El osmio es el elemento más raro y duro del grupo del platino, mientras que el rutenio posee alta resistencia a la corrosión.
• Níquel: Elemento metálico magnético, que modifica el color de la aleación.
• Cobre: Metal dúctil y maleable que mejora la conductividad térmica y eléctrica.
• Titanio: Resistente a la corrosión y biocompatible, utilizado en implantología y prótesis removibles.

La manipulación de la infraestructura de titanio puede ser complicada, y una capa delgada de óxidos puede resultar en una inadecuada unión metal-cerámica.

Tipos de Aleaciones según su Dureza

Las aleaciones de oro se clasifican según su dureza en:

• Aleación tipo I (blanda): Contenido de oro y platino menor al 83%.
• Aleación tipo II (media): Contenido de oro y platino menor al 78%.
• Aleación tipo III (dura): Contenido de oro y platino menor al 78%.
• Aleación tipo IV (extradura): Contenido de oro y platino menor al 75%.

Consideraciones Clínicas y Alergias

Un aspecto importante a tener en cuenta son las reacciones alérgicas que pueden sufrir los pacientes por el uso de algunos metales. Por ejemplo, el níquel puede afectar a más del 10% de la población femenina, mientras que el cromo puede afectar más al sexo masculino.

Cuando esto ocurre, existen algunas alternativas como las aleaciones preciosas, aleaciones paladio-plata, titanio, disilicato, o el circonio. No obstante, las aleaciones más usadas para la confección de prótesis suelen ser Cr-Co (Cromo-Cobalto) y Cr-Ni (Cromo-Níquel), ambas de metales no nobles.

Las aleaciones a base de plata-paladio-platino requieren porcelanas de baja fusión y tienen un menor coeficiente de expansión térmica. Sin embargo, el sobrecalentamiento de la cofia de metal durante el colado puede ser problemático.

Las aleaciones de titanio, aunque biocompatibles, pueden ser difíciles de ajustar intraoralmente y presentan desafíos en la unión con la porcelana y la soldadura.

Materiales Alternativos: Cerámica y Resina

Además de las aleaciones metálicas, la cerámica (o porcelana) y la resina son materiales comunes en la fabricación de prótesis dentales. La cerámica es un material duro, frágil y rígido, obtenido por la acción del calor, y se clasifica según su temperatura de fusión y composición química.

La resina, por otro lado, es un material fácil de manipular y económico, utilizado tanto para prótesis completas como para bases de prótesis metálicas y ortodoncia removible.

En resumen, la elección de materiales para prótesis dentales debe basarse en una evaluación cuidadosa de las propiedades mecánicas, la biocompatibilidad, el riesgo de alergias y las necesidades específicas del paciente. La evolución continua en la ciencia de los materiales dentales ofrece una amplia gama de opciones para proporcionar restauraciones duraderas, funcionales y estéticamente agradables.

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