En el campo de la ortodoncia, los arcos de níquel-titanio (NiTi) han revolucionado los tratamientos gracias a sus propiedades únicas y beneficios para los pacientes. En este artículo, exploraremos a fondo las características, ventajas, tipos y evolución de estos arcos a lo largo del tiempo.
Historia y Desarrollo de las Aleaciones NiTi
El uso de las aleaciones NiTi en odontología se debe a William J. Buehler, un ingeniero metalúrgico de la marina de Estados Unidos, que en 1958 se propuso buscar una aleación de baja densidad, impacto y fatiga, resistente al calor para fabricar conos de misiles más resistentes. No fue hasta finales de los años 70 que el NiTi tuvo su aplicación en la odontología y particularmente en ortodoncia por su memoria de forma, lo que significa que tiene la capacidad de “recordar” y recuperar su forma original tras ser deformado.
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Propiedades y Ventajas de los Arcos NiTi
Los alambres de níquel-titanio han sido los arcos de elección para la nivelación dental lo que provoca fuerzas ligeras para crear movimientos sin daño al periodonto. Éstos contribuyeron significativamente a la evolución del tratamiento ortodóncico, siendo unas de sus principales propiedades la superelasticidad al ser doblados y la mínima deformación plástica. Presentan fuerzas continuas y ligeras durante un periodo de semanas o meses con capacidad de memoria produciendo así los movimientos dentales, sin causar daño al periodonto.
La fase martensita es inducida por el estrés y la temperatura; y es la responsable de la increíble propiedad de memoria de forma de las aleaciones de níquel-titanio.
Superelasticidad y Fuerzas Ligeras
Con el Copper Ni-Ti, tanto los clínicos como los pacientes, se benefician de las propiedades térmicas de los arcos de níquel titanio que liberan un nivel de fuerza constante durante todo el tratamiento. Sus propiedades de descarga (springback) facilitan unos rápidos movimientos de los dientes, con fuerzas más ligeras que las de los ni-ti.
Es recomendable utilizar fuerzas ligeras para no dañar al periodonto. Se aconseja que las fuerzas aplicadas a los dientes deben estar entre 0.015 y 5 N.
Consideraciones Importantes
Al respecto Gurgel et al. recomiendan seleccionar el arco idóneo dependiendo del grado de apiñamiento que presente el paciente para evitar cualquier lesión, tanto en tejidos blandos como duros.
Los arcos de NiTi están sujetos a cargas y deflexiones durante la masticación, corriendo el riesgo de sufrir una fractura o una deformación plástica; por eso Farnaz P. et al., Eggeler P. et al. y Tabanlí et al. recomiendan no forzar a los arcos en sitios donde el apiñamiento es severo, ya que al deflexionar el arco más de lo que le permite su límite elástico provocará una fractura.
Es por eso que al utilizar estos arcos se recomienda que el alambre sea de buena calidad, que tenga buen límite de deflexión y no se deforme ante las cargas de la masticación. Cuando un arco se va deteriorando, esta acumulación provoca que se fatigue; se asocia, por lo general, con una superficie desquebrajada y un crecimiento subsecuente de la grieta. Es por eso que si se tiene una buena superficie de terminado en el alambre, puede aumentar la vida útil del alambre sometido a fatiga.
Estudio sobre la Superelasticidad y Tratamientos Térmicos
La prestigiosa revista científica Journal of Materials Science: Materials in Medicine ha reconocido el artículo publicado por investigadores de UIC Barcelona como uno de los cinco más descargados durante el año 2020. El estudio “Comparison of the superelasticity of different nickel-titanium orthodontic archwires and the loss of their properties by heat treatment”, liderado por el Dr. Andreu Puigdollers, responsable del Área de Ortodoncia de la Facultad de Odontología, y por el Dr. Publicado en 2016, el estudio liderado por investigadores de UIC Barcelona hace un análisis comparativo de las propiedades mecánicas de ocho alambres de níquel-titanio ampliamente utilizados en el ámbito de la ortodoncia, y determina la influencia de los tratamientos térmicos en la pérdida de superelasticidad.
En todos los casos, el tratamiento térmico a 600 °C produjo precipitación en la matriz, cuya composición química cambió y perdió superelasticidad. “Es necesario conocer a fondo el comportamiento mecánico de un arco de ortodoncia para seleccionar el tamaño y el material adecuado que proporcione al tratamiento resultados óptimos y predecibles”, explican los investigadores.
Por lo tanto, los arcos de níquel-titanio deben seleccionarse de carga-deflexión en función de la fase de tratamiento, el grado de deflexión, el soporte periodontal y el tipo de movimiento deseado.
Tipos de Arcos NiTi
Los arcos dentales están hechos de aleaciones que son la combinación de varios metales. Los más usados hoy en día son arcos dentales hechos de las siguientes combinaciones: Níquel - Titanio (Ni-Ti). Este arco también es conocido como súper elástico. Se trata de la combinación de metales más actual y moderna. Estos arcos son los más usados en la odontología hoy en día. El Níquel Titanio o NITI, es un material con “memoria” ya que siempre vuelve a su forma original, es decir a la forma de la arcada de ese arco. Es por este motivo que las piezas se van alineando con la forma de ese arco. Este arco de NITI es de color plateado. En el tratamiento de ortodoncia se utilizan arcos más finos para comenzar (0.12 / 0.14 / 0.16) y luego se va utilizando una secuencia de arcos más gruesos para terminar (0.16 x 0.22 / 0.19 x 0.25 / etc). Cuando su cometido ha sido cumplido, los arcos rígidos entran en acción.
NiTi Reverse
Dentro de los Ni-Ti podemos diferenciar los NiTi Reverse, fabricados de una aleación de Níquel-Titanio de alta calidad con forma de curva inversa, proporcionando una fácil deformación con menor carga y consiguiendo un aumento progresivo de fuerzas residuales. Estos arcos se recomiendan para la apertura o el cierre de la mordida y para corregir irregularidades de la curva de Spee. El arco NITI Reverse proporciona al ortodoncista el doble de resistencia de un arco de acero inoxidable y brinda una fuerza continua y uniforme para un rápido movimiento dental.
Arcos Termoactivos
También dentro de los Ni-Ti encontramos los arcos termoactivos, que presentan un aumento progresivo de fuerzas residuales con recuperación completa de la forma. Están especialmente recomendados para su uso con brackets autoligados. Presenta propiedades de activación térmica y permite que al enfriarlo sea posible insertarlo en zonas de difícil acceso. Se activa a la temperatura corporal del paciente por lo que una vez colocado el arco recobra su forma original gradualmente y se mantendrá constantemente activo. En general los arcos termoactivados resultan sumamente útiles como alambres iniciales en el tratamiento ortodóncico, por su facilidad de colocación en arcadas con dientes severamente desalineados. Sin embargo, por su fabricación, estos arcos tienen una superficie delicada y sensible a materiales cortantes o estriados, por lo tanto, es necesario ser cuidadosos en su utilización.
Otros Tipos de Arcos
Además de los arcos de NiTi, existen otros materiales utilizados en ortodoncia:
- Acero Inoxidable: Los arcos rígidos están fabricados mayoritariamente de acero inoxidable. Este material posee la ventaja de que no se corrompe en la boca e induce una fuerza de control sobre los dientes. Además, el acero es un material relativamente fácil a la hora de manipularlo. Si se ejerce fuerza sobre ellos, no se flexionan sino que se deforman permanentemente -se quedan torcidos-. Generalmente entran en acción entre el sexto y el octavo mes de tratamiento. Los cambios dentales que producen en la posición de los dientes son mucho menores que los que producen los arcos superelásticos de Niti, pero su utilización es imprescindible para «afinar» la posición de los dientes y sus raíces.
- Trenzado: Son arcos de acero, pero con propiedades específicas. Son alambres de muy pequeño diámetro y baja rigidez que se entrelazan para conseguir un comportamiento mecánico distinto, manteniendo una dimensión que permita llenar la ranura del bracket. Por un lado, la amplitud de trabajo o recorrido es mayor que la presentada por cualquiera de sus componentes mientras que la rigidez es significativamente menor a la media de los alambres constitutivos. Esta estructura es más fácil de manipular y están muy indicados en las fases iniciales del tratamiento para alineamientos, control de rotaciones y torque. Con algunos tipos de trenzado se puede conseguir un rango de trabajo equivalente a las de un alambre de níquel-titanio pero a menor coste.
- TMA (Beta Titanio): También últimamente se utilizan mucho los BETA TITANIO, que no llevan níquel. Son arcos de dureza media, entre el NITI y el ACERO y, al no poseer níquel, sirven para pacientes alérgicos al mismo. El TMA de Ormco, (Beta Titanium) continúa siendo el standard de calidad dentro de la industria, a nivel de consistencia y calidad. Con la mitad de fuerza, pero el doble de rango de trabajo del acero, el TMA puede utilizarse en todas las fases del tratamiento.
- Arcos Estéticos: Respecto a los arcos en ortodoncia también cabe mencionar que existe una línea estética, tanto de NITI como de ACERO. Son arcos pintados o recubiertos de un material que los mimetiza con los dientes y los brackets y ayudan a que el tratamiento sea más estético.
Estudio Comparativo de Arcos NiTi de Diferentes Marcas
El objetivo de este estudio fue determinar el número de ciclos que soportó un alambre de níqueltitanio a la fatiga en un ensayo de flexión. Se probaron 60 arcos redondos de 0.016” de ORMCO (20), GAC (20) y 3M (20) a 37°C. Se usaron brackets Roth (0.022×0.025”) adheridos a dientes de acrílico de un tipodonto para sujetar los arcos. Una máquina universal de pruebas mecánicas fue usada para hacer la prueba de fatiga hasta obtener la fractura del arco. Se reportan los ciclos que cada muestra soportó. Los resultados requirieron de un análisis de varianza (ANOVA) de una vía con prueba de Tukey (p<0.001). Las superficies fracturadas fueron examinadas en un microscopio metalográfico a 125X para observar el patrón de fractura. Se encontró que los arcos ORMCO presentan mayor elasticidad que los arcos de 3M y GAC.
Tabla Comparativa de Ciclos Soportados por Marca
En el cuadro I se muestran los valores promedio y la desviación estándar de los ciclos que cada muestra soportó. ORMCO mostró diferencias estadísticamente significativas respecto a GAC y 3M (p<0.001) mientras que entre GAC y 3M el comportamiento fue similar. Los arcos de ORMCO resisten más ciclos que los de GAC (42%) y los de 3M (54%). GAC soporta más ciclos que 3M (21%) cuando todos fueron flexionados cíclicamente 1mm a 37°C±2°C.
| Marca | Ciclos Promedio |
|---|---|
| ORMCO | [Valor Promedio] |
| GAC | [Valor Promedio] |
| 3M | [Valor Promedio] |
Al observarlos en el microscopio metalográfico a 125X se encontró que la superficie de los arcos fracturados presentó bordes dentados, rugosidades y cambios de color. Las características del patrón de fractura se observan en las figuras 2 a 4.
Se encontró que los arcos de NiTi al ser flexionados con fuerzas constantes se fracturaron por el desgaste que sufrió el arco. La relación que guarda el deterioro por desgaste de fricción en los alambres de acero ha sido investigada por Zhang et al., Zhou y Neyman et al., donde refieren que la vida útil del alambre de acero sometido a fatiga es inversamente proporcional al deterioro que sufre al ser desgastado por fricción. Por tanto, mientras más se desgasta el acero se estará provocando una fractura prematura del mismo.
Es importante mencionar que los alambres de acero presentan mayor resistencia a la fatiga que los arcos de NiTi.
La temperatura que se utilizó en el estudio fue la misma que se presenta en la cavidad oral (37°C+2°C), la cual también aplica Wilkinson et al. Ellos refieren que en muchos estudios realizados por importantes investigadores como Nakano et al., Mullins et al., y Filleul et al., utilizaron la temperatura de 37°C, ya que es la temperatura que se presenta en la cavidad oral. Moorey et al. prefirieron la temperatura de 35.5°C debido a que menciona ser lo más apropiado para una prueba in vitro de alambres en ortodoncia.
El comportamiento que presentaron en este estudio los arcos de NiTi redondos calibre 0.016” fue poseer la propiedad de superelasticidad, tal como los refieren varios autores.
Al observar los arcos de níquel-titanio en el microscopio metalográfico, éstos presentaban superficies dentadas en el sitio donde ocurrió la fractura; Primak et al. refieren que la «acumulación de fatiga» por lo general forma una grieta que tiene su origen en la superficie que provoca la falla a bajo número de ciclos, para después crecer hasta producir la fractura.
Finalmente, el acero de Ormco fabricado con aleaciones de la serie 300, presentan resistencia a la tracción superiores a 300,000 psi.
Como hemos visto, el uso de los arcos en las distintas fases de ortodoncia depende mucho del diagnóstico del paciente y la técnica que se utilice, o si se utilizan brackets autoligados, por ejemplo.
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