Alguns aspectos da mecânica das alças de retração ortodôntica

Neste artigo de 2008 na revista Dental Press, pelos autores Marcelo do Amaral Ferreira, Paulo César Borges, Marco Antônio Luersen, UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Bucaram verificar a eficiência e aplicações de alças de retração com a utilização dos metodos de elementos finitos.

As alças de retração ortodôntica vêm sendo estudadas há cerca de cinqüenta anos, por meio de procedimentos experimentais, analíticos e numéricos como o Método dos Elementos Finitos (MEF). Uma vez ativadas, as alças exercem carregamento sobre um ou mais dentes e esses o transmitem para o ligamento periodontal, produzindo movimentação dentária. Conforme o plano de tratamento delineado, pode-se obter a retração isolada de caninos, com o intuito de “aliviar” uma situação de desalinhamento dentário, por falta de espaço (discrepância dentoalveolar), na região anterior e também de obter relação de caninos de Classe I. Podem ser utilizadas como componentes dos arcos segmentados para a retração do bloco anterior (caninos e incisivos), protração dos blocos posteriores (prémolares e molares), ou ambos os movimentos. A protração de um lado do arco dentário e retração de outro podem ser planejadas em casos onde ocorra assimetria.

Um complexo sistema de forças torna-se presente quando da inserção dessas alças nas canaletas verticais dos braquetes dos caninos e nas canaletas horizontais dos tubos auxiliares das bandas dos molares. Esse sistema de forças é constituído de componentes de forças verticais, horizontais, momentos de força e de binários (momentos que ocorrem no interior do tubo molar após inserção da alça previamente conformada, provenientes de duas forças paralelas de mesma intensidade, mas de sentidos opostos). Os efeitos indesejáveis no posicionamento dos dentes podem ser controlados por: (A) adequada conformação geométrica das alças, com angulações em suas extremidades, no plano sagital e vestibulolingual (neste caso, para evitar deslocamento da coroa do canino para vestibular, durante a distalização do mesmo); (B) por meio de ancoragem intra-arco (ex. barra palatalina); e (C) por meio de ancoragem extrabucal.

A Mecânica Segmentada de Arcos (MSA) emprega alças, porém difere das demais técnicas pelo fato de apresentar três segmentos de arcos unidos entre si, por alças e/ou por dispositivos auxiliares, como a barra palatalina e o arco lingual. Arcos de titânio-molibdênio (TMA) com o objetivo de intrusão ou de extrusão podem ser também utilizados, adaptados em tubos auxiliares para produzir os movimentos desejados. Na MSA as alças são conformadas geometricamente e, em seguida, fixadas por dois extremos: um localizado anteriormente em um braquete (apoio engastado) e outro localizado posteriormente, na forma de um tubo (engaste deslizante).

O tipo de movimentação resultante dependerá do plano de tratamento estabelecido, estando diretamente relacionado com a geometria da alça utilizada, a forma e as dimensões da secção transversal do fio, a liga metálica, bem como o uso de forças auxiliares, como a de elásticos intermaxilares. Uma vez ativada, a alça tende a voltar ao seu estado inicial, liberando a energia elástica que foi armazenada durante a sua abertura (ativação), provocando o deslocamento dos dentes. Após serem conformadas geometricamente (exemplo da alça em T-loop, as alças devem apresentar inclinações em suas extremidades, as quais geram momentos de força. Poucas alças têm seus momentos determinados de acordo com as inclinações de suas extremidades, ou seja, poucas possuem um template para auxílio da conformação geométrica, onde uma dada conformação em graus corresponderia a uma magnitude de momento de força.

Diversas alças de retração ortodôntica, com finalidade de fechar espaços de maneira sistemática e controlada, vêm sendo estudadas e desenvolvidas ao longo dos anos. Como exemplo, as clássicas alças retangulares verticais, com loop fechado, desenvolvidas por Bull, as alças verticais helicoidais estudadas por Fryar, e depois modificadas por Burstone, Baldwin e Lawless, as alças verticais estudadas por meio de métodos analíticos e experimentais, e as alças em T-loop. Inicialmente as alças foram testadas experimentalmente, considerando a força armazenada por unidade de ativação (constante elástica).

Com a evolução desses dispositivos, foi necessário considerar suas componentes verticais, os momentos alfa (região anterior) e beta (região posterior) e a relação momento-força (M/F). Em 1933, Peyton e Moore estudaram alças do tipo cantilever “reflexas” para a inclinação vestibular de incisivos, as quais eram soldadas a um arco lingual. As alças eram feitas de ouro com secção transversal de 0,018” (0,457mm) de diâmetro e eram testadas em termos de força-deflexão, fixando uma de suas extremidades por meio de um tubo e aplicando “pesos mortos” no lado livre da alça em diferentes posições.

Fryar estudou experimentalmente, em 1960, na Universidade de Indiana, alças helicoidais verticais para retração de caninos e também alças para a retração dos dentes anteriores, confeccionadas em aço inox e com secção transversal de 0,008” x 0,020” (0,203mm x 0,508mm). O método consistia em testes de tração onde segmentos de fios de secção transversal de 0,021” x 0,025’’ (0,533mm x 0,635mm) se uniam às alças por meio de um tubo. Um desses segmentos de fio permitia prender uma extremidade da alça de maneira fixa, enquanto a outra era dobrada em ângulo reto para que essa fosse inserida perpendicularmente em um transdutor, o que evitaria que a alça se inclinasse e, ao mesmo tempo, simularia sua posição em boca. Teasley, Penley e Morrison27, da Universidade do Texas, desenvolveram um instrumento capaz de resolver complexos sistemas de força em seis componentes (vestibulolingual, distomesial e apico-oclusal).

O instrumento foi construído com seis extensômetros de deslocamento, com acurácia de 2% e precisão considerada alta, segundo análise estatística. Em 1974, Yang e Baldwin compararam, experimentalmente, variações de alça “vertical” e da alça Bull-loop feitas de aço inox de 0,017” x
0,022’’ (0,432mm x 0,558mm), por meio de um dispositivo mecânico-eletrônico para a medição da constante de mola, das forças aplicadas e das deflexões resultantes. As alças foram também estudadas por meio de simulação numérico-computacional, utilizando o método dos elementos finitos. As alças com geometria Bull-loop produziram constante de mola de 57gf/mm, enquanto as alças verticais produziram 114gf/mm. Em 1982, Burstone avaliou, experimentalmente, alças em titânio-molibdênio (TMA) do tipo Tloop com secção transversal de 0,017” x 0,025’’ (0,432mm x 0,635mm), por meio de um transdutor especialmente desenvolvido para testar o desempenho de alças para retração anterior, protração posterior e ambos os movimentos simultaneamente.

Essas alças foram capazes de produzir momentos de força necessários para os movimentos desejados, além de permitirem a retração isolada de caninos, quando construídas de maneira híbrida, com fios 0,018-0,017” x 0,025’’ (0,457-0,432mm x 0,635mm).

Em 1997, Siatkowski realizou um criterioso estudo sobre arcos contínuos com alças chamadas Opus loop, construídos com liga de titânio-molibdênio (TMA) de secção transversal de 0,017” x 0,025” (0,432mm x 0,635mm) e de aço inox 0,016” x 0,022” e 0,018” x 0,025” (0,406mm x 0,558mm e 0,457mm x 0,635mm, respectivamente) onde inicialmente foi feita uma abordagem analítica, seguida de um estudo experimental, utilizando uma célula de carga para medir forças e momentos. Segundo o autor, esses arcos são capazes de produzir um sistema de forças mais eficiente, por meio de relações M/F que variam em um pequeno espectro (8 a 9,1mm), e sem contar com a introdução de momentos residuais, o que permite um verdadeiro período de repouso quando desativados.

Ferreira et al. estudaram o desempenho de um protótipo de alça de retração ortodôntica, desenvolvido na Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), por meio de um novo dispositivo de medição de forças, o qual continha doze extensômetros de resistência elétrica que transformavam solicitações mecânicas em sinais elétricos. As alças estudadas foram confeccionadas em titânio-molibdênio com secções transversais de 0,016” x 0,022” (0,406mm x 0,558mm) e 0,017” x 0,025” (0,432mm x 0,635mm). Neste estudo obtiveram-se as interações entre as variáveis geométricas e o sistema de forças resultantes das ativações.

Também simulações computacionais utilizando o Método dos Elementos Finitos (MEF) podem constituir uma ferramenta útil para avaliar um determinado protótipo. Em uma simulação podem-se estimar as forças, momentos e tensões em função da ativação, antes de construir o protótipo físico. Desta forma, caso seja necessário, pode-se redefinir a geometria da alça, objetivando melhorar seu desempenho.

Com a evolução da técnica do arco de canto (Edgewise), surgiram os sistemas conhecidos como tracks (nome dado ao conjunto de arcos segmentados que permite deslizamento dos grupos de dentes), característicos da técnica segmentada dos arcos, descrita por Braun e Marcotte. Neles os arcos metálicos são constituídos de vários segmentos, unidos entre si indiretamente por meio dos braquetes e tubos (acessórios que suportam e permitem deslizamento dos arcos metálicos), onde um dente, ou um grupo de dentes, se aproxima entre si por meio de alças de fechamento de espaço. Com isso, é possível aplicar forças pré-determinadas e precisas, bem como obter melhor controle dos momentos gerados pela alça de retração, a qual une os segmentos posteriores e o anterior.

Deve-se também sempre estar atento às variabilidades biológicas, pois diferentes anatomias dentárias provocam diferentes respostas biológicas para as mesmas magnitudes de forças e momentos. Além disso, na clínica, a limitada exatidão em aplicar determinada ativação em uma alça e a variação das forças da mastigação podem causar regiões de deformação plástica, alterando a direção e magnitude da força empregada pela alça.

Essas alças desempenham um papel relevante para a movimentação dentária, seja utilizando-as em um contexto seccional, atuando em um ou mais quadrantes do arco dentário de maneira isolada, seja fazendo parte de um arco segmentado. O conhecimento da biomecânica é de fundamental importância para o entendimento do sistema de forças envolvido e, conseqüentemente, para a escolha adequada da alça e das magnitudes de ativações e pré-ativações.

A construção de templates para a conformação dessas alças, baseada nas forças e momentos desejados, permite ao clínico seu uso racional, promovendo movimentação dentária adequada, dentro de níveis biológicos compatíveis e de forma sistematizada, controlando de forma mais acurada o tipo de movimento desejado. A modelagem computacional através do Método dos Elementos Finitos é um meio eficiente, com custo relativamente baixo, e serve para estudar o comportamento de um corpo. Assim, pode-se simular diferentes configurações de alças sem a construção de protótipos físicos. Entretanto, deve-se lembrar que o Método dos Elementos Finitos baseia-se em modelos matemáticos, onde são feitas hipóteses simplificadoras, as quais devem ser conhecidas e verificado seu campo de validade, para que os resultados finais obtidos sejam próximos da realidade. Já os métodos experimentais se aproximam mais da condição real, porém com custo mais elevado, requerendo dispositivos ou máquinas apropriadas. A utilização em diferentes estágios de ambos os métodos é aconselhável para um melhor desenvolvimento e caracterização dos protótipos de alças.

Link do Artigo na Integra via Scielo:

http://www.scielo.br/pdf/dpress/v13n3/a14v13n3.pdf