Resistencia a la fractura en resinas compuestas posteriores

RESUMEN:

OBJETIVOS: El objetivo del presente estudio fue evaluar y comparar la resistencia a la fractura entre resinas para restauraciones posteriores de tipo condensable y tradicional.

MÉTODOS: La evaluación de la resistencia a la fractura se realiza mediante la aplicación de una fuerza sobre un sistema de tres puntos de flexión de las muestras consistentes en barras de resina con una muesca en la región central de uno de sus lados. Mediante una máquina Instrom se evaluaron diez especímenes de cada marca de resina considerada para el estudio (cinco resinas compuestas condensables y seis resinas compuestas tradicionales para piezas posteriores). Se determinó la carga máxima soportada por cada muestra (carga de fractura: kic); los datos obtenidos fueron analizados estadísticamente mediante el ANOVA y la prueba t.

RESULTADOS: Las resinas evaluadas presentaron un rango de valores kic. Los materiales fueron separados de acuerdo a este indicador en cinco grupos que presentaron valores estadísticamente diferentes. Mientras dos de las cinco marcas de resina compuesta condensables pertenecieron a los grupos con mayores kic, las otras tres marcas presentaron valores significativamente menores respecto a la mayoría de las resinas compuestas tradicionales; los valores intermedios pertenecían a tres resinas compuestas tradicionales.

CONCLUSIÓN : Se encontró una débil relación entre la resistencia a la fractura y la concentración en volumen de partículas reforzadoras de relleno reportadas por los fabricantes. Las resinas compuestas para restauraciones posteriores presentaron un rango de valores kic; los materiales que presentasen mayores valores de kic tendrían un mayor valor de resistencia a la fractura. Las resinas compuestas condensables se distribuyeron entre estos valores, con dos productos que presentaron los mayores niveles de resistencia a la fractura.

PALABRAS CLAVES: Resistencia a la fractura, Resinas compuestas condensables, Resinas compuestas posteriores.

ABSTRACT

OBJECTIVES: The purpose of this study was to evaluate and compare the resistance to crack propagation, as mesured by the fracture toughness, of some packable posterior resin composites with other posterior resin composite materials.

METHOD AND MATERIALS: Fracture toughness determinations were made for the 5 packable and the other posterior resin composites using 3-point flexure of beams with a standardized central single-edge notch. Ten beams of each material were tested on an Instrom test machine. The maximum loads were determined, from which the fracture toughness values (kic ) were calculated. The data were analyzed statistically using ANOVA and t test.

RESULTS: The resin composites tested demonstrated a range of kic values. The materials were separated according to the mean kic values into 5 groups that were statistically different. While 2 packable resin composites had kic values that were among the highest, the other packables were susbstantially lower than nonpackables. The intermediate value group consisted of 3 of the conventional posterior resin composites.

CONCLUSION : There was a very weak correlation between fracture toughness and reported volume concentration of particulate reforcing elements. The posterior resin composites tested exhibited a spectrum of kic values. The packable resin composites were distributed along this spectrum, with 2 products exhibiting high potential for resistance to crack propagation.

KEY WORDS: Fracture toughness, Packable resin composites, Posterior resin composites.

Numerosos materiales de resina compuesta condensable de mayor viscosidad para piezas posteriores han sido introducidos con gran expectativa como una alternativa a la aleación de amalgama. Estos materiales también han ofrecido avances como el potencial para restaurar puntos de contacto interproximales, baja contracción de polimerización y la capacidad de ser aplicados en zonas de estrés como las que se presentan en las piezas dentarias posteriores. La variedad que ofrecen estos materiales, tanto a nivel de la matriz de resina como de las partículas reforzadoras, dificulta la elección por parte del profesional.

Debido a que las restauraciones en zonas posteriores están sometidas a mayores fuerzas, el material restaurador deberá presentar propiedades que le permitan evitar microfracturas marginales o fracturas mayores (1-2). El fracaso de la restauración está relacionado a la capacidad del material para resistir la formación y propagación de las líneas de fractura.

La resistencia a la fractura evalúa la capacidad del material para resistir la formación y propagación de estos defectos. Estas fracturas pueden producirse de forma natural en el material o aparecer durante su uso (3). Su implicancia clínica se manifiesta en defectos en la integridad marginal o desgaste de la superficie de la restauración (4-6). Definida como fractura mecánica, un rango de valores Kic estaría relacionado al campo de estrés generado alrededor de la fuerza de fractura. El Kic es una propiedad intrínseca del material y constituye una medida de la resistencia a la propagación de la fractura; los valores elevados indicarían una mayor resistencia. Por consiguiente, un material con mayor resistencia a la fractura presentará una mayor resistencia a la formación y propagación de los micro defectos que podrían originarse por las fuerzas masticatorias aplicadas durante la función. Sin embargo, la capacidad total de las resinas compuestas posteriores también depende de otras propiedades como la resistencia a la tensión, flexión y fatiga.

La resistencia a la fractura de diversas resinas compuestas tradicionales ha sido evaluada previamente mediante una variedad de pruebas (6-11). Sin embargo, la información acerca de la resistencia a la fractura en resinas compuestas condensables para piezas posteriores es escasa. Por consiguiente, el propósito del presente estudio fue evaluar y comparar la resistencia a la fractura entre resinas compuestas condensables y resinas compuestas tradicionales para restauraciones en piezas posteriores.

MATERIALES Y MÉTODOS

Se evaluaron cinco resinas compuestas condensables y seis resinas compuestas tradicionales para piezas posteriores. Las propiedades de la matriz y el relleno reportadas por los fabricantes aparecen en la Tabla 1. Todas las resinas compuestas fueron polimerizadas con luz a excepción de la marca Bisfil II que empleaba el sistema de polimerización química.

Fig. 1 Representación del molde de aluminio empleado para la elaboración de las muestras de resina.

Para el estudio se determinó la resistencia a al fractura (Kic) de las muestras consistentes en pequeñas barras de resina con una muesca en la región central de uno de sus lados. Estas muestras se elaboraron conforme a las instrucciones de la American Society for Testing Materials - ASTM (Estándar E-399) (12). En la Figura 1 se representa el molde de aluminio empleado para reproducir las muestras. Las dimensiones de los especímenes elaborados para este estudio fueron 1,8 m.m. por 4,2 m.m. y 20 m.m. (1.8m ? 4.2mm ? 20mm) con una muesca de 3 m.m. de longitud en una de sus caras.

La resina compuesta fue aplicada en el molde por la técnica incremental, siendo cada incremento de 1 m.m. polimerizado por 60 segundos con una fuente de luz visible (Spectrum LD Caulk) a 450 mW/cm2. Se empleó el radiómetro Cure Rite (Efos) para evaluar la intensidad de la luz. Después de ser retirados de sus respectivos moldes, cada espécimen fue fotocurado por dos minutos en cada uno de sus lados. En el especimen de polimerización química (Bisfil II) la resina también fue aplicada por incrementos de 1 m.m.; en este caso no fue necesario aplicar luz para completar la polimerización. Los especímenes de cada material se elaboraron y almacenaron en aire y a temperatura ambiente por 24 horas.

Mediante una máquina Instrom se aplicó una fuerza central creciente a cada especimen con tres puntos de flexión a una velocidad de 0,125 mm/minuto (Figura 2). La fractura del espécimen se identificó por un descenso súbito en la fuerza aplicada durante la evaluación. Se realizó el examen visual del segmento fracturado para comprobar que el plano de fractura atravesara la zona de la muesca, siendo perpendicular al plano horizontal y vertical que atravesaba el centro del especimen.

Fig. 2 Representación de una muestra de resina empleada en el estudio.

La resistencia a la fractura se calculó mediante la fórmula:

Las variables han sido definidas como:
K ic = Factor de intensidad de estrés
P = Carga de fractura
L = Distancia entre los soportes
w = Grosor del especimen
b = Densidad del especimen
a = Extensión de la fractura

Los valores de los 11 grupos de especímenes fueron evaluados y comparados mediante el ANOVA y la prueba t(P<0,05).

RESULTADOS:

Los valores promedio de resistencia a la fractura y las desviaciones estándar de los materiales evaluados aparecen en la Figura 3 . Las líneas horizontales indican los promedios que no son significativamente diferentes entre sí (P>0,05); las diferencias entre grupos presentaron valores significativos (P>0,05). Los materiales restauradores exhibieron un rango de valores de resistencia a la fractura (Kic). Los valores mayores se dieron con Surefil (Dentsply, Caulk) y Z 100 (3M Dental) mientras que los menores valores se presentaron con Heliomolar (Ivoclar) y Charisma F (Heraeus). Los materiales restantes formaron tres grupos intermedios entre estos dos extremos.

Fig. 3 Resumen de las cargas de fractura reportadas en las muestras. El Asterisco (*) señala las resinas condensables. Las barras verticales representan la desviación estándar ± 1. Las líneas horizontales unen los grupos que no presentaron variaciones significativas (P > 0.05).

La relación entre la resistencia a la fractura y la concentración en volumen de las partículas reforzadoras (información proporcionada por los fabricantes) aparece en la Figura 4. El análisis de regresión lineal revela una correlación muy baja entre ambas variables (r2 =0,101) . Esta situación se manifiesta en los materiales Glaciar (Southern DI) y Charisma F, los cuales presentan valores mayores de concentración en volumen de relleno y los niveles más bajos de resistencia a la fractura.

Fig. 4.- Valores de KIC como función de la concentración en volumen de las partículas de relleno. El gráfico representa una correlación débil.

DISCUSIÓN

La resistencia a la fractura es una característica importante de los materiales restauradores de resina compuesta pues está relacionada a la resistencia a la propagación de defectos que pueden originar microfracturas marginales o fracturas mayores en la restauración (8-11,13,14). Las características de las resinas condensables con mayor concentración de relleno no están definitivamente establecidas. Sin embargo, podría inferirse que los materiales con valores mayores de Kic presentarían mayor resistencia a la fractura. La relación entre el uso y la resistencia a la fractura fue evaluada por Ferrancane y Condon (13) mediante una prueba similar a la empleada en este estudio; con un simulador de fuerzas orales in vitro compararon las alteraciones en la integridad marginal de las restauraciones y la concentración de partículas de relleno de las resinas, encontrando que las muestras que presentaban menores frecuencias de defectos estaban en relación a valores mayores de Kic. En un trabajo previo, Truong y Tyas encontraron que mientras que los valores elevados de resistencia a la fractura se asociaban al poco uso, también era importante considerar las características de fatiga del material (14).
Los materiales de resina con partículas reforzadoras generalmente presentan variaciones en su comportamiento clínico asociadas a la concentración en volumen de las partículas de relleno. Por ejemplo, entre materiales con matrices de resina y tipo de partículas de relleno similares, aquellos materiales que presenten mayores concentraciones de partículas tienden a presentar mayor resistencia; sin embargo otras propiedades como la mayor absorción de agua, mayor contracción de polimerización y expansión térmica pueden producir efectos adversos en la restauración. Observaciones similares se han realizado respecto a la concentración en volumen de las partículas de relleno y la resistencia a la formación y propagación de líneas de fractura que pueden afectar el resultado de una restauración (8,9,15-19). El resultado de la presente investigación indica que el incremento del volumen de relleno no se encuentra necesariamente asociado a un incremento en los valores de Kic. Por ejemplo, algunos productos con alta concentración de relleno como Bisfil P, Charisma F y Golacier presentaron valores menores de Kic. El análisis de regresión manifiesta una relación débil entre el Kic y la concentración de las partículas de relleno (r2=0,101) . Esta situación podría explicarse por la intervención de otros factores asociados a la composición de los materiales. Como se observa en la Tabla 1, la información proporcionada por los fabricantes indica que existen diferencias en la composición química de las matrices de resina y en el tamaño, distribución y morfología de las partículas de relleno.

El efecto del almacenamiento en agua sobre el Kic también ha sido evaluado por diversos investigadores. Algunos estudios reportaron una disminución de este valor (16;20-22) mientras que otros estudios reportaron un aumento (6,9) y en algunos casos no se encontró una diferencia significativa en el Kic de resinas almacenadas en agua y al ambiente (19). Debido a que no existe una posición definitiva, para el presente estudio las muestras fueron almacenadas en seco a temperatura ambiente por 24 horas previas a la evaluación . Los resultados sugieren que el valor de Kic puede servir de guía para la selección del material restaurador.

Los resultados del presente estudio podrían contribuir a mejorar el conocimiento de los materiales restauradores de resina compuesta condensable para lograr el perfeccionamiento de sus propiedades.

CONCLUSIÓN

En el presente estudio se evaluó y comparó la resistencia a la fractura de cinco resinas compuestas condensables y seis resinas compuestas tradicionales para piezas posteriores mediante la aplicación de una fuerza sobre un sistema de tres puntos de flexión en las muestras consistentes en barras de resina con una muesca en la región central de uno de sus lados. Se encontró un amplio rango de valores tanto en la resistencia a la fractura como en la cantidad, tamaño y forma del relleno inorgánico, y en la composición de la matriz orgánica entre las diferentes marcas de resina. Estos materiales se dividieron en cinco grupos de acordó a sus valores promedio de Kic. Los mayores valores promedio fueron para Surefil y Z100, mientras que los menores valores fueron para Heliomolar y Carisma F.

Esteban Bonilla, DDS
Division of Restorative Dentistry, University of California (UCLA) School of Dentistry, Los Angeles, California
Greg Mardirossian, DDS
Division of Restorative Dentistry, University of California (UCLA) School of Dentistry, Los Angeles, California
Angelo A. Caputo, PhD
Division of Section of Advanced Prosthodontics, Biomateriales and Hospital Dentistry, University of California (UCLA) School of Dentistry, Los Angeles California

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Comunicación con el autor: Dr. Esteban Bonilla, Division of Restorative Dentistry, University of California School of Dentistry, Los Angeles California 90095
E-mail: [email protected]

Este trabajo ha sido presentado en forma resumida en la 77 Sesión General de la Intenational Association for Dental Research, Vancouver, Canadá, 1999.