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Análise química e morfológica do esmalte dentário humano tratado com laser argônio durante a colagem ortodôntica

Resumos

INTRODUÇÃO: as principais utilizações do laser argônio na Ortodontia são a redução do tempo de polimerização durante a colagem ortodôntica e o aumento da resistência à cárie do esmalte dentário. OBJETIVO: o objetivo deste trabalho foi avaliar as alterações químicas e morfológicas do esmalte dentário humano tratado com laser argônio nos parâmetros da colagem ortodôntica. MÉTODOS: quinze primeiros pré-molares hígidos, extraídos por indicação ortodôntica, foram selecionados e seccionados no sentido do longo eixo em dois segmentos iguais. Uma metade de cada elemento dentário foi tratada e a outra permaneceu sem tratamento. Um total de 30 amostras foi analisado, criando o grupo laser (n = 15) e o grupo controle (n = 15). O tratamento foi feito com laser argônio com 250mW de potência por 5 segundos, com densidade de energia de 8J/cm². RESULTADOS: a análise de difração de raios X demonstrou duas fases em ambos os grupos, as fases apatita e monetita. A redução da fase monetita foi significativa após o tratamento com laser, sugerindo maior cristalinidade. A análise de Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS) indicou aumento na razão cálcio-fósforo no grupo laser, compatível com a diminuição da fase monetita. A morfologia superficial do esmalte dentário apresentou-se mais lisa após o tratamento com laser argônio. CONCLUSÕES: o aumento de cristalinidade e a lisura superficial do esmalte no grupo laser são fatores sugestivos de aumento de resistência à cárie no esmalte dentário.

laser argônio; Esmalte dentário; Colagem ortodôntica


INTRODUCTION: The main utilities of the argon laser in orthodontics are the high speed curing process in orthodontic bonding and the caries resistance promotion of the tooth enamel. OBJECTIVE: The objective of this study was to evaluate the chemical and morphological changes in the tooth enamel treated with the argon laser in the orthodontic bonding parameters. METHODS: Fifteen sound human first premolars, removed for orthodontic reason, were selected and sectioned across the long axis in two equal segments. One section of each tooth was treated and the other remained untreated. A total of thirty samples was analyzed, creating the laser group (n =15) and the control group (n =15). The treatment was done with 250 mW argon laser beam for 5 seconds, with energy density of 8 J/cm². RESULTS: The X-ray analysis demonstrated two different phases in both groups, the apatite and the monetite phases. The reduction of the monetite phase was significant following laser treatment, suggesting higher crystallinity. The EDS analysis showed an increase in the calcium-phosphorus ratio in the laser group, linked with the decrease of the monetite phase. CONCLUSIONS: The surface morphology was smoother after the laser exposure. The results of high crystallinity and superficial enamel smoothness in the laser group are suggestive of the caries resistance increase of the tooth enamel.

Argon laser; Tooth enamel; Orthodontic bonding


ARTIGO INÉDITO

Análise química e morfológica do esmalte dentário humano tratado com laser argônio durante a colagem ortodôntica

Glaucio Serra GuimarãesI; Liliane Siqueira de MoraisII; Carlos Nelson EliasIII; Carlos André de Castro PérezIV; Ana Maria BologneseV

IProfessor Adjunto UFF-NF. Doutor em Ciências dos Materiais pelo IME/UCSD. Mestre em Ortodontia pela UFRJ

IIDoutora em Ciências dos Materiais pelo IME/UCSD. Mestre em Ortodontia pela UFRJ

IIIProfessor do Departamento de Engenharia Mecânica e Ciência dos Materiais – Instituto Militar de Engenharia (IME-RJ)

IVFísico pesquisador do Núcleo de Catálise do Programa de Engenharia Química – COPPE da Universidade Federal do Rio de Janeiro

VProfessora Titular do Departamento de Ortodontia da Universidade Federal do Rio de Janeiro

Endereço para correspondência Endereço para correspondência Gláucio Serra Guimarães Avenida Nossa Senhora de Copacabana, 647/1108 CEP: 22.050-000 - Copacabana - Rio de Janeiro / RJ E-mail: gserrag@hotmail.com

RESUMO

INTRODUÇÃO: as principais utilizações do laser argônio na Ortodontia são a redução do tempo de polimerização durante a colagem ortodôntica e o aumento da resistência à cárie do esmalte dentário.

OBJETIVO: o objetivo deste trabalho foi avaliar as alterações químicas e morfológicas do esmalte dentário humano tratado com laser argônio nos parâmetros da colagem ortodôntica.

MÉTODOS: quinze primeiros pré-molares hígidos, extraídos por indicação ortodôntica, foram selecionados e seccionados no sentido do longo eixo em dois segmentos iguais. Uma metade de cada elemento dentário foi tratada e a outra permaneceu sem tratamento. Um total de 30 amostras foi analisado, criando o grupo laser (n = 15) e o grupo controle (n = 15). O tratamento foi feito com laser argônio com 250mW de potência por 5 segundos, com densidade de energia de 8J/cm2.

RESULTADOS: a análise de difração de raios X demonstrou duas fases em ambos os grupos, as fases apatita e monetita. A redução da fase monetita foi significativa após o tratamento com laser, sugerindo maior cristalinidade. A análise de Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS) indicou aumento na razão cálcio-fósforo no grupo laser, compatível com a diminuição da fase monetita. A morfologia superficial do esmalte dentário apresentou-se mais lisa após o tratamento com laser argônio.

CONCLUSÕES: o aumento de cristalinidade e a lisura superficial do esmalte no grupo laser são fatores sugestivos de aumento de resistência à cárie no esmalte dentário.

Palavras-chave: laser argônio. Esmalte dentário. Colagem ortodôntica.

INTRODUÇÃO

A interação laser-tecido é controlada pelos parâmetros da irradiação e pelas propriedades ópticas dos tecidos. Quando a energia do laser atinge o tecido, ela pode ser absorvida por esse, transmitida através dele, dispersada ou refletida18, 22,33. Baseado nessas possibilidades de interação, o laser argônio possui cinco principais utilizações em Odontologia: detecção precoce de cáries por transmissão7, corte e remoção de tecidos21, 27, ativação de agente de clareamento dentário27, polimerização rápida de materiais dentários2,6, e promoção de resistência à desmineralização por modificações no esmalte dentário9,10.

A polimerização rápida e a promoção de resistência à desmineralização do esmalte dentário são os efeitos de maior significância clínica que justificam a utilização do laser em Ortodontia. Em 1999, Blankenau et al.5 demonstraram que a polimerização por apenas 5 segundos resultou em um compósito com alta resistência à compressão, superando os valores obtidos com a polimerização com luz visível por 20 segundos. Losche16 definiu que o laser argônio promove maior taxa de conversão da caforoquinona quando comparado com a luz visível. Diversos estudos confirmam igual ou superior efetividade da polimerização rápida com laser argônio quando comparado à luz visível3, 12,21. Além disso, testes de histologia pulpar concluem que o laser argônio, utilizado com níveis de energia compatíveis com a polimerização de materiais dentários, resulta em pequena ou nenhuma resposta pulpar patológica de curta ou longa duração21.

Sedivy et al.24 testaram a colagem de braquetes metálicos com laser argônio, concluindo que, com potência de 1W, a polimerização com laser necessitou de tempo 87% menor do que a polimerização com luz halógena para obter valores similares de resistência ao cisalhamento. Em estudo semelhante, Lalani et al.13 confirmaram que 5 segundos de polimerização com laser argônio resultaram em valores máximos de descolagem comparáveis aos da polimerização por 40 segundos com luz halógena. Weinberger et al.29 investigaram a colagem de braquetes cerâmicos e concluíram que são necessários apenas 231mW de potência por 10 segundos para efetividade da colagem, quando da polimerização com laser argônio.

Outro importante efeito da exposição do esmalte humano ao laser argônio refere-se à prevenção da cárie. Hicks et al.9,10 concluíram que o esmalte dentário humano se tornou mais resistente à desmineralização após uma exposição única ao laser argônio com potência de 250mW por 10 segundos. O mesmo grupo de pesquisa associou a exposição ao laser argônio com o tratamento com flúor, e encontrou valores ainda maiores de resistência à cárie. Em estudo clínico, Anderson et al.1 demonstraram que a irradiação do esmalte com laser argônio, com potência de 325mW por 60 segundos, reduziu em 90% a profundidade e a área das lesões cariogênicas.

Utilizando o laser argônio na colagem ortodôntica, o esmalte ao redor do braquete é modificado. Os efeitos dessa exposição variam de acordo com as combinações de tempo e potência do laser. A maior parte dos investigações nesse campo refere-se à terapia para promover, isoladamente, resistência à cárie. Contudo, as potências e os tempos de utilização do laser argônio para colagem ortodôndica e para promoção de resistência à cárie são diferentes.

Assim, a proposta desse trabalho foi investigar os efeitos químicos e morfológicos da irradiação do esmalte humano com laser argônio nos parâmetros da colagem rápida de braquetes ortodônticos.

MATERIAL E MÉTODOS

Quinze primeiros pré-molares humanos extraídos com indicação ortodôntica foram selecionados para esse estudo in vitro. Após as extrações, os tecidos moles foram removidos e os elementos dentários examinados por transmissão de luz halógena32, sendo selecionados apenas elementos hígidos (Fig. 1).


A amostra foi armazenada em solução aquosa de Timol 0,1% e mantida na temperatura de 36±1ºC4, 8. Todos os dentes foram submetidos à profilaxia com pedra-pomes, água e escova rotatória em baixa rotação por 10 segundos23. O procedimento foi seguido de lavagem com jato de água por 10 segundos e secagem com secador de cabelos por 15 segundos, tornando a superfície do esmalte isenta da contaminação por óleo17. Objetivando obter desgaste uniforme da superfície do esmalte em toda a amostra, uma nova escova rotatória foi utilizada em cada dente e apenas um operador preparou os corpos de prova.

Os elementos dentários foram divididos em dois segmentos iguais, cortados no longo eixo com disco de carburundum em baixa rotação e refrigerados com água. Em cada dente, uma hemi-secção permaneceu sem tratamento e outra foi tratada com laser argônio, perfazendo um grupo controle (n =15) e o grupo laser (n =15).

O tratamento foi realizado com laser argônio (Accucure 3000®, laser Med, Salt Lake City, EUA) com 250mW de potência por 5 segundos, perfazendo densidade de energia de 8J/cm2 (Fig. 2). A potência do laser foi avaliada com medidor de calibração acoplado ao aparelho antes de cada ciclo.


Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS)

A análise de EDS (Jeol 5800 LV®, Tóquio, Japão) foi realizada em uma área selecionada de 4000µm2 da superfície vestibular do esmalte dentário. O parâmetro de comparação utilizado foram os teores relativos de cálcio e fósforo, os quais foram obtidos por meio da técnica dos quadrados mínimos.

A estatística descritiva foi aplicada aos dados originando média e desvio-padrão para cada grupo. A comparação entre os mesmos foi realizada com teste t pareado e com nível de significância de 5% (SPSS for Windows Release 11.0 SPSS Software Corp., Munique, Alemanha).

Após a realização da análise, a amostra foi sub-dividida, sendo 10 pares destinados à análise de difração de raios X e 5 pares para a microscopia eletrônica de varredura (Mev).

Difração de raios X

A amostra foi posicionada de modo que a superfície vestibular do esmalte dentário tangenciasse o plano de difração. A análise foi conduzida com difratômetro de raios X (Rigaku, Dmax 2200, Osaka, Japão) com radiação CuK monocromática (comprimento de onda λ = 1,540 Å) de 40kV e 40mA. Os difractogramas foram coletados com intervalo angular variando entre 5º £ 2θ £ 80º, passos de 0,05º e tempo fixo de dois segundos por passo. Os dados de cada grupo foram construídos com base nos picos principais.

A definição de fase foi realizada pelo processo de identificação de padrões utilizando a base de dados do Centro Internacional de Dados de Difração (ICDD). As avaliações de refinamento celular e a cristalinidade foram procedidas com o programa Materials Data Inc Jade®, versão 5.0, Califórnia, EUA.

Microscopia Eletrônica de Varredura

Cinco pares de dentes foram submetidos ao recobrimento de ouro por 3 minutos, em corrente de 20mA e vácuo de 200mTorr (Pollaron SC 500®, Sputter, VG, Microtec). A superfície do esmalte foi avaliada por detecção de elétrons secundários, em magnificações originais de 500X, 1000X e 1500X (Jeol 5800 LV®, Tóquio, Japão).

RESULTADOS

Espectroscopia de Energia Dispersiva

O teste t pareado indicou diferenças estatisticamente significativas entre os teores relativos de cálcio e de fósforo após o tratamento com laser argônio (p<0,05). Os resultados indicaram maior teor relativo de cálcio (Ca) e menor teor relativo de fósforo (P) após a exposição (Tab. 1).

Difração de raios X

O processo de identificação de fase demonstrou fase principal e fase secundária em ambos os grupos. A fase principal foi a apatita (database card # 09-0432); e a secundária, a monetita (database card # 09-0080). O difractograma do grupo controle demonstrou largo pico base entre 20º e 35º, o qual é característico dos materiais amorfos (Fig. 3).


Não foram observados novos picos no grupo laser quando comparado ao grupo controle. Entretanto, o difractograma do grupo laser apresentou picos mais estreitos e definidos e a redução da fase amorfa. Ademais, a fase monetita foi significativamente reduzida, indicando maior cristalinidade do esmalte dentário (Fig. 3). Na análise de refinamento celular, tanto o eixo A quanto o eixo C da estrutura apatita demonstraram diferenças significativas entre os grupos laser e controle. Após o tratamento superficial, o eixo A demonstrou contração de 0,064Å; e o eixo C, expansão de 0,016Å.

Os valores obtidos no grupo laser aproximam-se do valor-padrão da hidroxiapatita (Tab. 2).

Microscopia Eletrônica de Varredura

A superfície de esmalte não tratada do grupo controle apresentou microcavidades ovaladas representando a extremidade dos prismas do esmalte (Fig. 4). Porém, após a irradiação com o laser argônio, a morfologia superficial mostrou-se significativamente modificada, tornando-se mais lisa (Fig. 5).



DISCUSSÃO

A primeira utilização do laser na Odontologia foi feita com o laser de rubi, o qual aumentou a resistência contra a descalcificação do esmalte humano26. A partir de então, alguns autores reportaram o mesmo efeito no esmalte dentário após tratamento com diferentes tipos de laser.

A principal teoria para a obtenção da resistência ao ataque ácido consiste na menor permeabilidade e na redução do conteúdo de carbonato19, 20, água e substâncias orgânicas no esmalte tratado20.

Blankaneau et al.5 reportaram os efeitos in vivo da exposição do esmalte dentário humano ao laser argônio. Esse estudo descreveu uma redução de 29,1%, em média, na profundidade da lesão, com parâmetros de exposição de 250mW de potência durante 10 segundos. Anderson et al.1, utilizando potência de 325mW por 60 segundos, descreveram redução de 91,6%. Desse modo, resultados comparáveis são esperados, ao redor de braquetes durante a colagem ortodôntica, quando utilizada potência de 250mW e tempo de exposição de 5 segundos13,25,28.

A densidade de energia (DE) é calculada pela razão entre a energia (E) e a área da ponteira (S). A energia é expressa pelo produto da potência (P) e o tempo de exposição (t)6, conforme a equação:

Nelson et al.19 investigaram os efeitos do laser pulsátil de espectro infravermelho, com densidade de energia variando entre 10 e 50J/cm2, no esmalte humano. Os autores concluíram que a exposição originou uma superfície fundida e o aquecimento dessa restingiu-se de 10 a 20µm de profundidade. Uma nova fase difosfato tetracálcio foi identificada na superfície tratada, assim como a redução do conteúdo de carbonato.

No presente estudo, o laser argônio foi utilizado com potência de 250mW durante 5 segundos, fornecendo densidade de energia de aproximadamente 8J/cm2. Nenhuma nova fase foi observada na superfície do esmalte dentário. Em concordância, Oho e Morioka20 não encontraram novas fases no esmalte tratado com laser argônio com densidade de potência de 67J/cm2.

As controvérsias entre esses estudos podem ser atribuídas aos diferentes efeitos do laser de espectro infravermelho19 e do laser argônio20 no esmalte humano. A alta absorção de energia pelo esmalte humano no espectro infravermelho resulta em alta conversão de energia térmica7 e, consequentemente, alterações mais significativas em comparação com os efeitos do laser argônio.

Um achado interessante desse trabalho é a correlação entre os resultados do EDS e da difração de raios X. A análise de EDS demonstrou aumento na razão cálcio-fósforo no grupo laser. Esse resultado pode ser confrontado com o decréscimo da fase monetita observado na análise de difração de raios X. Os difractogramas dos grupos controle e laser apresentaram duas fases principais: a apatita e a monetita. A fase apatita (Ca10(PO4)6(OH)2) possui razão cálcio-fósforo de 1,67; e a monetita (CaPO3(OH)), de 1,0. Assim, o decréscimo da fase monetita no grupo laser, em teoria, deveria resultar em um aumento da razão cálcio-fósforo do esmalte. De fato, o aumento da razão cálcio-fósforo foi observado, sustentando a mudança química da superfície do esmalte tratado com laser argônio.

Os difractogramas demonstram também redução da fase amorfa após o tratamento. Esse resultado, somado à redução da fase monetita e ao estreitamento dos picos, indica maior cristalinidade do esmalte dentário, quando comparada à do grupo controle. Esses achados são suportados pelos estudos de Oho, Morioka20 e Nelson et al.19, que observaram melhor arranjo iônico na rede de cristais do esmalte dentário tratado com laser. O aumento de cristalinidade tem sido descrito como uma característica de aumento da resistência à desmineralização ácida do esmalte1, 9,10. Adicionalmente, a redução do conteúdo de água, carbonato e substâncias orgânicas1, 5,19 pode também explicar o aumento da resistência do esmalte exposto ao laser. Assim, estudos adicionais são necessários para determinar a influência desses fatores no protocolo de colagem ortodôntica rápida polimerizada com laser argônio.

As mudanças no arranjo estrutural da apatita foram avaliadas pelo refinamento celular, ferramenta da análise de difração de raios X. O principal achado dessa análise refere-se à contração de 0,064Å do eixo A da apatita. Baseado em estudos prévios, a redução do conteúdo de água e carbonato da fase apatita11, 15 altera o comprimento do eixo A do cristal. O tratamento com laser argônio com densidade de energia variando entre 11,5 e 100J/cm2 induziu a contração do eixo A da apatita, estando esse resultado diretamente relacionado à redução da profundidade de lesão por desmineralização e ao aumento da resistência à cárie do esmalte dentário9, 10,30,31. Desse modo, devido ao fato de no presente trabalho ter sido utilizado protocolo de exposição do esmalte humano com laser argônio com densidade de energia 8J/cm2, resultando em contração do eixo A da apatita de 0,064Å, é possível que similar mecanismo de resistência à desmineralização ácida ocorra nos parâmetros desse estudo. Assim, sugere-se que a contração da apatita indica redução do conteúdo de água e carbonato, resultando em aumento à resistência à cárie. Entretanto, estudos adicionais são necessários para confirmar esse mecanismo.

Na investigação da morfologia superficial por microscopia eletrônica de varredura, o grupo laser apresentou superfície mais lisa do que o grupo controle. As terminações externas dos prismas do esmalte evidentes no grupo controle se encontraram apagadas no grupo laser. Essa característica de alisamento é compatível com o melhor arranjo dos cristais da rede cristalina da superfície do esmalte e com o aumento da cristalinidade do tecido. Somado à diminuição da rugosidade superficial, reduz a aderência da placa bacteriana e pode ser considerada uma característica de prevenção.

CONCLUSÕES

1. O tratamento com laser argônio com potência de 250mW durante 5 segundos modifica a superfície do esmalte dentário, resultando em aumento da cristalinidade e sugerindo maior resistência à cárie.

2. A morfologia superficial do esmalte tornou-se mais lisa após o tratamento com laser argônio nos parâmetros da colagem ortodôntica.

Enviado em: julho de 2007

Revisado e aceito: novembro de 2007

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  • Endereço para correspondência

    Gláucio Serra Guimarães
    Avenida Nossa Senhora de Copacabana, 647/1108
    CEP: 22.050-000 - Copacabana - Rio de Janeiro / RJ
    E-mail:
  • Datas de Publicação

    • Publicação nesta coleção
      18 Jul 2011
    • Data do Fascículo
      Abr 2011

    Histórico

    • Aceito
      Nov 2007
    • Recebido
      Jul 2007
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