Étude d’exemples non simpliciaux

Os dentes são parte integrante do sistema estomatognático. Eles desempenham um papel importante não só ao nível da fala como da mastigação. Eles desempenham funções biomecânicas no sistema de transferência das forças funcionais para o meio ósseo circundante. No sentido de se conhecerem as trajectórias da transferência das forças no interior do dente, têm sido desenvolvidos vários trabalhos no sentido de caracterizar as propriedades dos diferentes materiais que compõem o dente.

Como foi referido anteriormente, no capítulo 2, o esmalte do dente é o tecido mais duro que existe no corpo humano, sendo a parte mineralizada composta essencialmente por hidroxiapatite Ca10(PO4)6·2(OH), de estrutura hexagonal, embora tenha sido também detectada a presença de

sódio, cloro e magnésio [1]. Gutiérrez-Salazar et al [1] determinaram experimentalmente que a dureza de Vickers (VHN – Vickers Hardness Number ) varia entre 270 a 360 VHN para o esmalte e entre 50 a 60 VHN para a dentina. Também verificaram que, tanto para a dentina como para o esmalte, a dureza mantém-se constante ao longo de toda a sua espessura, no sentido transversal, só havendo variação no sentido longitudinal do dente. No sentido transversal, os valores de dureza só se alteram perto da junção dentina-esmalte, de 20 μm de espessura. A dureza do esmalte está associado com o seu elevado conteúdo mineral e a sua fragilidade deve-se ao facto de ter um módulo de elasticidade alto e uma resistência à tracção baixa. No entanto, as suas propriedades são anisotrópicas, dependendo da localização e direcção das forças aplicadas, bem como da orientação dos cristais de hidroxiapatite. Na dentina, atribui-se o facto de ter um módulo de elasticidade mais baixo do que o esmalte devido às fibras de colagénio existentes nos espaços entre os canalículos [2]. Devido ao seu conteúdo em fibras de colagégio, a dentina desmineralizada apresenta propriedades viscoelásticas não lineares [3], embora noutros estudos [4] se tenha determinado que as propriedades viscoelásticas da dentina são lineares. Petrovic et al [5] desenvolveram um modelo constitutivo, a partir de um modelo viscoelástico de derivadas parciais, para descrever as propriedades de fluência e de relaxação de tensões da dentina. É a junção dentina-esmalte a responsável por dissipar as tensões, provenientes de forças funcionais,

5. Biomecânica do sistema osso-dente natural _______________________________________________________________________________________

por forma a evitar a propagação de fracturas e manter a integridade do esmalte. Giannini et al [2] determinaram experimentalmente por um ensaio de tracção, que a resistência mecânica da dentina, do esmalte e da junção dentina-esmalte varia consideravelmente. Para a dentina, dependendo da sua localização pode ter valores entre 33.9 MPa e 61.6 MPa, o esmalte apresenta valores entre 11.4 MPa e 42.2 MPa, dependendo da orientação da força aplicada e para a junção obtiveram o valor de 46.9 MPa. As propriedades dos materiais do dente dependem da sua microestrutura e da respectiva composição mineral [6-8].

Angker et al [9] demonstraram que a dentina dos dentes de leite sâo mais frágeis e isso deve-se ao facto de ser menos mineralizada. Por outro lado, muitos dos testes que se realizam para determinar a dureza e o módulo de elasticidade, nomeadamente o teste de microindentação, é feito para amostras desidratadas, resultando em valores superiores relativamente à situação real em que a dentina está hidratada. Os valores que eles obtiveram, para amostras hidratadas, foram de 17.06 GPa para o módulo de elasticidade e 0.85 GPa para a resistência média. Ho et al [10], num estudo semelhante, obtiveram para o módulo de elasticidade de 9.36 GPa e 0.28 GPa para a resistência. Num estudo realizado por Craig et al. [11], estes determinaram um módulo de elasticidade de 84 GPa para o esmalte. A dureza do esmalte diminui da periferia do dente para a sua junção com a dentina [2,12]. O módulo de elasticidade da dentina coronal humana é de cerca de 14 GPa [13, 14].

Existem vários trabalhos reportados na literatura, onde se caracteriza, tanto experimentalmente como por análise numérica, o mecanismo de transferência de forças no interior do dente, nomeadamente as trajectórias de tensão, e a relação existente entre a distribuição das deformações com a estrutura do dente. Wang e Weiner [15], determinaram o estado das deformações no interior do dente, utilizando para tal a técnica de interferometria de Moiré. O estado de deformação do dente depende da sua estrutura. Estes autores verificaram que as deformações são menores na dentina do que no esmalte, e que existe uma região, com uma espessura de cerca de 200 μm, correspondente à junção dentina-esmalte, que é sujeita a deformações maiores do que as encontradas no inetrior da própria dentina. Os autores relacionaram estas deformações elevadas para a junção dentina-esmalte, com o facto de esta ser menos mineralizada e menos rígida. Pode-se verificar que no interior do dente há adaptações estruturais. Os autores também verificaram a hipótese de que dentro da dentina há adaptações estruturais que visam minimizar os riscos de fractura, transferindo as tensões para o tecido ósseo circundante. Wood et al [16], também usaram a técnica de Moiré para determinar propriedades mecânicas da dentina, tais como um módulo de elasticidade de 27.1 GPa e um coeficiente de Poisson de 0.2. Contudo, estes valores que obtiveram são ligeiramente superiores aos determinados em trabalhos diferentes por outros autores. Outras técnicas experimentais de imagem também foram aplicadas e determinaram um módulo de elasticidade de 10.4 GPa para a dentina [17].

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A deformação do dente também tem sido estudada através da técnica de fotoelasticidade, bastante aplicada neste tipo de análises. É um método de análise experimental de tensões que permite avaliar o campo de tensão/deformação do ponto de vista qualitativo. Apresenta, no entanto, algumas limitações pelo facto da análise se realizar com um material isotrópico e linear elástico, o que por exemplo não está de acordo com o modelo real do esmalte. Por outro lado, a técnica da fotoelasticidade pode dar informação sobre o campo de tensão/deformação no interior do dente, usando para tal modelos ajustados à alteração da geometria [18,19].

Como já foi referido anteriormente, também se tem utilizado o método dos elementos finitos para a determinação do campo de tensão/deformação no interior do dente [20-22]. Por exemplo, Yettram

et al [22] mostraram que o esmalte absorve a maior parte da carga devido à sua elevada rigidez,

sendo posteriormente transmitida para a dentina da raiz. Num outro estudo, usando o método dos elementos finitos e extensometria, Palamara et al [23] mostraram que as deformações que aparecem na região do esmalte cervical dependem da direcção e intensidade das forças oclusais. Também concluiram, assim como Rees [24], que a concentração de deformações nesta zona está associada a perdas localizadas do conteúdo do dente, levando ao aparecimento de lesões cervicais [25], não estando estas associadas a cáries.