Tensión compresiva en tres tipos de líneas de terminación con coronas de disilicato de litio en dientes permanentes: análisis de elemento finito

ABSTRACT

Introduction:

In oral rehabilitation, the use of ceramic restorations is widely accepted due to its aesthetic capacity to mimic the naturalness of the dental tissue, provide longevity of the material, and present a greater marginal fit compared to crowns with a metal structure. Termination lines are biological preparations whose function is to minimize the cervical opening of the marginal seal. Consequently, analyzing the behavior of restorative materials under compressive forces decreases the risk of fracture and increases the success of the treatment.

Objective:

To compare the compressive stresses of lithium disilicate crowns with three different finishing lines.

Methodology:

In silico study of the simulation of a dental preparation on a lower right first molar with chamfer (0.6 mm), shoulder (0.5 mm) and deep chamfer (0.5 mm) finish lines. Using the SolidWorks®️ version 2017 software, the maximum stresses, minimum stresses, and location of the compressive force were collected on the Megapascal (Mpa) measurement scale.

Results:

The chamfer type termination line (0.6mm) obtained a lower compressive stress compared to the other two shoulder type termination lines (0.5mm) and deep chamfer (0.5mm).

Conclusions:

It was shown that the chamfer type finishing line (0.6mm) presented a better force distribution, determining greater reliability in the selection of this finishing line with the use of a lithium disilicate crown in a unitary manner.

INTRODUCCIÓN

En el campo de la rehabilitación oral, es ampliamente aceptado el uso de restauraciones cerámicas por sus superiores capacidades estéticas ¹ al mimetizar adecuadamente la naturalidad del tejido dentario. Asimismo, estas presentan una longevidad sobresaliente frente a otros materiales y presentan un notable ajuste marginal respecto de coronas con estructuras metálicas en su interior ².

Las coronas libres de metal son ampliamente estudiadas y utilizadas en procedimientos que demandan una alta estética ³ y biocompatibilidad, resaltante resistencia a fuerzas masticatorias y longevidad del tratamiento ^4,5. La translucidez que provee este tipo de materiales los hace de primera línea si se busca la estética como principal característica ⁶. Además, las coronas de cerámica demandan un menor desgaste de tejido dentario en comparación con otros materiales protésicos ^6,7.

El disilicato de litio presenta mejoras en sus propiedades, como la resistencia a las fuerzas compresivas que oscilan de 370 a 460 MPa. Estas fuerzas son más altas que las cerámicas de generaciones pasadas. En el tema estético, se caracteriza por una mayor translucidez a la porcelana que mimetiza el tejido del esmalte. Por estas razones, resulta atractivo cuando se busca una mayor estética y alta resistencia ⁷.

Las líneas de terminación o configuración marginal generadas por el operador son preparaciones biológicas cuya principal función será minimizar la abertura cervical del sellado marginal y crear un espacio suficiente para cada material que se decida utilizar. Las líneas tienen un menor volumen de tejido dentario; por ello, resultan vulnerables a la fractura ante fuerzas compresivas ⁸. Asimismo, existen ciertos tipos de coronas y características de la oclusión que pueden inducir a fisuras o fracturas de la superficie que recibe las cargas hasta el margen cervical ⁹. Por tanto, se requiere que las tensiones en las diferentes áreas del tratamiento protésico se distribuyan adecuadamente mediante el aumento del volumen de la corona. Sin embargo, esto será determinado por la profundidad de la línea de terminación o configuración marginal ¹⁰.

Elegir el material restaurador idóneo para las características del paciente y analizar su comportamiento ante fuerzas compresivas aminora el riesgo de fractura y posible fracaso clínico ⁵. Los distintos campos de la odontología actual tienen una necesidad experimental y metodológica para evaluar la reproducibilidad y rentabilidad. Por ello, el estudio de elementos finitos (MEF) tiene como principal ventaja la capacidad de reproducir con valores reales las estructuras biomecánicas vitales y patológicas ¹¹.

El MEF en el campo biomédico es de aplicación reciente a simulaciones. La precisión que logre sobre el comportamiento mecánico de la estructura estudiada ayudará a elegir la mejor opción clínica ¹². En odontología, es utilizada principalmente en los campos como la implantología, la rehabilitación oral, la ortodoncia y prostodoncia ¹³. Este modelo permite analizar el comportamiento del material protésico y los componentes estructurales de la cavidad bucal de manera exacta, eficaz y fácil ¹⁴. También recrea las tensiones de tratamientos rehabilitadores de las cargas de forma gráfica y cuantitativa, lo que abre la posibilidad de evaluar unitariamente cada componente en el medio bucal ^15,16.

El propósito de este estudio fue comparar los tipos de líneas de terminación en una primera molar permanente inferior derecha con una corona de disilicato de litio que generará con relación a la tensión compresiva en coronas de disilicato de litio.

MATERIALES Y MÉTODOS

Mediante el programa SolidWorks® versión 2017, se desarrolló y analizó las estructuras de los modelos propuestos mediante capacitaciones y asesoramiento de una especialista en MEF. Los modelos se desarrollaron en el siguiente orden: la construcción del modelo con las propiedades estructurales, la aplicación de fuerza vertical y el análisis de los resultados. La construcción de un modelo tuvo el objetivo de lograr la mayor similitud a las propiedades de las estructuras naturales y de los materiales: bloque de hueso, raíces dentarias, preparación dentaria con tres tipos de línea de terminación y una corona de disilicato de litio.

El proceso de diseño mediante el software siguió este orden: diseño de un diente con anatomía de una primera molar inferior derecha con raíces mesial y distal de longitud 14 mm; preparación dentaria posterior con la reducción de 2 mm en la superficie oclusal siguiendo la anatomía de cúspides y de los surcos; y reducción uniforme de 1,2 mm en paredes axiales, 1 mm en la cara vestibular y 1 mm en la cara lingual. Las configuraciones marginales o líneas de terminación de cada modelo diseñado tuvieron diferentes medidas compuestas por chamfer de 0,6 mm ¹⁷, hombro de 0,5 mm ¹⁸ y chamfer profundo de 0,5 mm ¹⁹.

Un número finito de elementos interconectados por puntos (manifestados como nudos o nodos) se dividieron en el sistema de coordenadas X, Y, y Z, hasta formar una malla. La confección del modelo consideró al coeficiente de Poisson y el módulo de elasticidad observados en la Tabla 1 ^11,12. La fuerza utilizada en esta investigación fue simulada en totalidad por el software en 350N ¹⁶, orientada sobre toda la superficie oclusal de la corona de disilicato de litio colocada sobre las preparaciones dentarias diseñadas.

Tabla 1. Propiedades estructurales de los modelos diseñados.

Estructuras	Módulo de elasticidad (MPa)	Coeficiente de Poisson
Esmalte	841000	0,33
Dentina	186000	0,32
Pulpa	21000	0,45
Ligamento periodontal	0.069	0.45
Disilicato de litio	95000	0,30
Hueso cortical	137000	0,30
All Cem® cemento	9800	0,35

*Datos extraídos de Reyes et al., Reddy et al., Mehari et al.

Las tensiones normales, principales y equivalentes obtenidas por el análisis de Von Mises fueron evaluadas en el análisis de tensión. La energía interna de un nodo por encima de los valores habituales o exceso de tolerancia señaló la zona de mayor tensión compresiva. Esto permitió evaluar los distintos rangos de tensiones y, posteriormente, evaluar qué diseño fue el adecuado para este tipo de tratamiento.

RESULTADOS

Los tres modelos con línea de terminación tipo chamfer de 0,6 mm ¹⁷, hombro de 0,5 mm ¹⁸ y chamfer profundo de 0,5 mm ¹⁹ fueron diseñados con propiedades estructurales como el módulo de elasticidad y el coeficiente de Poisson (Tabla 1). Un mallado fue confeccionado mediante 169 449 nodos para el análisis más minucioso de los modelos (Figura 1). Los resultados ante una fuerza vertical de 350N aplicada sobre los modelos confeccionados mostraron que los valores de tensión máxima en las líneas de terminación estuvieron, en su mayoría, ubicadas en el contacto más íntimo con las coronas de disilicato de litio. El mayor valor de fuerza compresiva se observó en la línea de terminación tipo hombro de 0,5 mm, en comparación con los tipos chamfer y chamfer profundo (Tabla 2).

Figura 1. Diseño estructural de la muestra.

Tabla 2. Valores máximos y mínimos de tensión compresiva de las líneas de terminación al ser sometidos a una fuerza vertical.

Tipos de líneas de determinación	Tensión máxima	Tensión mínima
Chamfer	0,0007 Mpa	0,000003007 Mpa
Hombro	89,81 Mpa	0,006296 Mpa
Chamfer profundo	0,33 Mpa	0,0000043006 Mpa

Por otro lado, este estudio obtuvo y evaluó las tensiones compresivas máximas y mínimas de manera gráfica mediante el análisis de Von Mises. Este demostró como se distribuyó la fuerza vertical en toda la configuración de las líneas de terminación mediante la interpretación gráfica de las áreas de fuerzas compresivas en una escala de colores. Pasando con los modelos evaluados, la línea de terminación tipo hombro de 0,5 mm dio como resultante una tensión máxima de 89,81 Mpa en comparación con los otros dos modelos propuestos, siendo este valor más alto que el de la tensión compresiva en esta investigación (Figura 2 ). En el modelo con la línea de terminación tipo chamfer profundo de 0,5 mm dio como resultante una tensión compresiva máxima de 0,33 Mpa siendo aceptable y con un área de tensión compresiva distribuida (Figura 3). Por último, la línea de terminación tipo chamfer de 0,6 mm fue la de menor tensión compresiva, con un valor de 0,0007 Mpa, donde fuerza vertical se distribuyó de manera homogénea sobre toda la línea de terminación, lo que constituye un resultado aceptable para el modelo propuesto (Figura 4).

Figura 2. Análisis de Von Mises en línea de terminación tipo hombro de 0,5 mm.

Figura 3. Análisis de Von Mises en línea de terminación tipo chamfer profundo de 0,5 mm.

Figura 4. Análisis de Von Mises en línea de terminación tipo chamfer de 0,6 mm.

DISCUSIÓN

De acuerdo con la evidencia, la rehabilitación oral con materiales como las coronas cerámicas puede ser la primera alternativa de tratamiento protésico unitario en casos donde la estética, la función y la longevidad sean de interés del paciente ²⁰. Según la literatura, las coronas de disilicato de litio se caracterizan por una mínima conductividad térmica ²¹, propiedades mecánicas y físicas resistentes a las fuerzas masticatorias, y una alta biocompatibilidad con el tejido periodontal y de soporte ^22,23. Esto refleja la superioridad en el performance clínico en comparación con otro tipo de material ²⁴, y le suma la reducción poco invasiva que debe generarse en el tejido dentario para una corona de disilicato de litio ²⁵.

El MEF, también llamado modelo in silico, muestra diseños computarizados clínicos relevantes por la variedad de morfología y las propiedades físicas de las estructuras modeladas. Asimismo, permite una previsión más exacta y precisa del comportamiento clínico de las líneas de terminación junto a una corona de disilicato de litio ²⁶. El MEF aplicado por Doley en un primer molar inferior con oclusión equilibrada mostró una resistencia de 300 N a 450 N ²⁷ ante la fuerza ejercida sobre toda la superficie oclusal.

La adición de un material como el disilicato de litio de forma unitaria en el sector posterior genera una alta resistencia a la fuerza vertical, que resulta similar a la del diente (hasta 400 Mpa de compresión) ²⁸. Poggio et al. ²⁹ sustentaron que las coronas cerámicas pueden mejorar su resistencia al incrementar su espesor dimensional. Con el antecedente de información sobre la resistencia de las estructuras involucradas en un sistema cerámico, Lin et al. ³⁰ determinaron, en un estudio experimental, que la fuerza de mordida máxima de los dientes posteriores fue de 600 N en sentido vertical, a diferencia del sector anterior, donde soportan fuerzas verticales, oblicuas y horizontales.

Por otro lado, Poggio et al. ²⁹ determinaron que las coronas cerámicas pueden mejorar la resistencia al incrementar el espesor de sus dimensiones. Con esto se determinó que una fuerza vertical de 350 N en las coronas de disilicato de litio transmitida hasta la terminación mimetizó correctamente el comportamiento y localización de los puntos de mayor deformación por tensión.

Esta investigación evaluó los tres tipos de línea de terminación que son comúnmente elegidas en coronas cerámicas: hombro, chamfer profundo y chamfer. Miura et al. ³¹ remarcaron el uso del tipo hombro de 0,5 mm, ya que presentó una alta tenacidad de soporte de fuerza vertical sobre el sistema cerámico. Sin embargo, existió una mayor deformación en zonas periféricas de la línea de terminación. Este resultado aumenta la probabilidad de la disminución del tiempo de vida clínico del tratamiento rehabilitador.

Entonces, al comparar el estudio de Miura et al. ³¹ con la presente investigación, la línea de terminación tipo hombro de 0,5 mm presentó la mayor deformación en los 3 modelos, con un 89,81 Mpa como tensión máxima (Figura 2). Esto podría indicar que dicha línea de terminación podría fallar en cargas oclusales mayores a 350 N, según los resultados obtenidos. Cabe resaltar que Son et al. ³² mencionaron que las fuerzas compresivas vertidas en una zona de mayor área distribuye las cargas de manera más homogénea y disminuye la posibilidad de fractura de la línea de terminación.

En contraste con la línea de terminación tipo hombro, la línea tipo chamfer obtuvo un valor mucho menor de tensión máxima, de 0,3 Mpa. Asimismo, al análisis de Von Mises orientó la tensión compresiva sobre toda la circunferencia de la línea de terminación y parte de la cofia (Figura 4). Ma et al. ³³ señalan que el uso de una línea de terminación tipo chamfer de 0,5 mm es considerada de primera línea en materiales cerámicos por su configuración simple y conservadora, lo cual prolonga la vida clínica del sistema.

En el caso de la línea de terminación tipo chamfer profundo de 0,5 mm se presentó una distribución bastante estándar sobre toda la extensión de la configuración marginal. Akbar et al. ³⁴ realizaron el análisis de tensión compresiva e integridad en dos líneas de terminación chamfer y hombro, y determinaron que el primero presentó una mejor integridad y distribución de fuerzas compresivas. La línea de terminación tipo chamfer es la más aceptada y mejor documentada entre las coronas de disilicato de litio unitarias, con una vida clínica de entre 10 y 15 años, según estudios recientes ³⁵. Esto puede deberse a su performance biomecánico en el sector posterior, al mejorar la resistencia a la fractura ³⁶ y la unión al remanente dentario ³⁷.

Tripathi et al. ³⁸ concluyeron, en una investigación comparativa entre líneas de terminación chamfer vs. hombro, que ambos tipos pueden ser utilizados con una respuesta clínica aceptada, pero teniendo en consideración el tipo de material cerámico ³⁸. Entre las consideraciones para la elección de las diferentes líneas de terminación en la clínica, hay que enfatizar que la calibración del operador al realizar este tipo de preparaciones dentarias será determinante, ya que el éxito clínico no solo dependerá de la línea de terminación utilizada, sino también del cumplimiento de las medidas recomendadas y la conicidad lograda en la preparación dentaria ³⁹.

CONCLUSIONES

A partir de los resultados con MEF, se concluyó que la tensión compresiva en las tres líneas de terminación con coronas de disilicato de litio mostró una mejor distribución de fuerza en el tipo chamfer de 0,6 mm. La línea de terminación tipo chamfer profundo de 0,5 mm obtuvo un resultado bastante estándar y aceptable para la fuerza propuesta, mientras que el tipo hombro de 0,5 mm presentó el valor más alto de tensión compresiva en comparación con los otros dos modelos estudiados.

Financiamiento:

Autofinanciado