A inspeção do aspecto lingual do pilar como fornecido pelo fabricante em MEV de alta resolução revelou que a superfície usinada por meio do sistema CAD/CAM era bastante rugosa e recoberta por materiais e detritos do desgaste (Figura 10a). A inspeção em maior aumento revelou zonas de deformação plástica nas quais o contorno dos grãos não era claramente visível (Figura 10b).
Figura 10 – Imagem em MEV do pilar imediatamente após remoção da embalagem do fabricante mostrando (a) notável rugosidade e detritos do desgaste sobre a superfície, (b) maior aumento mostrando características representativas de deformação plástica.
Todos os pilares apresentaram dano superficial induzidos pela usinagem com microtrincas penetrando dentro do corpo do material (Figura 11a-f). Além disso, grãos com formato irregular e até mesmo fragmentos de grãos fraturados estavam aleatoriamente distribuídos na superfície.
Figura 11 – Imagem em MEV dos pilares (controle e envelhecidos) mostrando falhas profundas de superfície com microtrincas internas. (a-b) pilar controle, (c-d) condição MC, (e) condição AUT e (f) condição TC.
5.4 Análise Fractográfica
Não houve diferença nos padrões de fratura e achados fractográficos entre os grupos (controle e envelhecidos).
A análise em estereomicroscópio inicial revelou que dois padrões de fratura puderam ser determinados. O principal cenário observado em todos os
grupos foi fratura do pilar na região da conexão, com origem a partir da cabeça do parafuso e vértice do hexágono (Figura 12a). Entretanto, alguns pilares também apresentaram fratura próxima à área de carregamento, o que sugere que a falha pode ter tido origem a partir do ponto de carregamento e propagado em direção descendente (Figura 12b).
Figura 12 – (a) Imagem estereomicroscópica de um pilar mostrando múltiplas fraturas na região da conexão. (b) Imagem estereomicroscópica de um pilar mostrando fratura próxima à área de carregamento (pequena seta preta).
Figura 13 mostra um pilar representativo do padrão de fratura próximo à área de carregamento e as zonas de interesse para análise fractográfica seguindo abordagem sistemática. A análise iniciou na margem gengival esquerda da superfície fraturada, seguiu em direção ascendente passando pelo aspecto oclusal e terminou na margem gengival direita do pilar (números 1 a 7 na Figura 13).
Figura 13 – Pilar representativo mostrando a superfície fraturada examinada em MEV. Zonas de interesse estão numeradas de 1 a 7 começando na margem esquerda até o outro lado do pilar.
A inspeção inicial da zona 1 (Figura 14a) mostrou twist hackle claramente visível na superfície fraturada, como indicado pelas setas. De fato, muitas hackle
lines formando uma microtextura fina estão propagando em direção descendente
para a margem gengival do pilar. Estes achados indicam claramente a direção de propagação da fratura (dpf) nesta região (grande seta branca). A imagem da MEV da zona 2 (Figura 14b), a qual corresponde a região do pilar que estava em contato com o ângulo inferior da cabeça do parafuso, revelou twist hackle lines surgindo desta região e finas hackle lines em conjunto com uma arrest line lateral (pontas de seta brancas). Estes achados fractográficos confirmaram que a fratura moveu-se a partir dessa região para região gengival e lateralmente. Outros achados fractográficos estão visíveis na Figura 14b e servem como evidência da dpf (hackle
corresponde a região do pilar que estava em contato com o ângulo superior da cabeça do parafuso, revelou múltiplas origens (danos) na forma de arrest lines dispostas radialmente, sendo possível notar também a presença de twist hackle
lines partindo das zonas de dano e conectando arrest lines adjacentes (pontas de
seta brancas). Conjuntos de hackle movendo-se lateralmente e superiormente puderam ser identificadas também (setas brancas). Foi possível observar múltiplas
hackle formando uma microtextura fina propagando em direção oclusal na análise
em MEV da zona 4 (Figura 14d) como resultado da propagação da fratura a partir de ambos lados proximais. De fato, a existência de uma compression curl, a qual pode ser descrita como a curvatura formada imediatamente antes da fratura total de um corpo carregado em flexão, confirmou que a fratura moveu-se saindo pela parede oclusal (pontas de seta brancas na Figura 14d). Finalmente, as zonas do lado direito exibiram características fractográficas semelhantes às zonas homólogas no lado esquerdo (Figura 14e-g).
Figura 14 – Imagens em MEV das zonas de interesse.
(a) Imagem em MEV da zona 1. Achados fractográficos como twist hackle e hackle
lines indicam que a fratura moveu-se para baixo. A seta branca grande nomeada
“dpf” mostra a direção de propagação da fratura. (b) Imagem em MEV da zona 2 mostrando twist hackle partindo da região do pilar que estava em contato com o ângulo inferior da cabeça do parafuso e estas finas hackle em conjunto com uma
arrest line lateral (pontas de seta brancas). Isto indicou que a dpf moveu-se a partir
dessa região para baixo e lateralmente. (c) Imagem em MEV da zona 3. Pontas de seta brancas indicam uma área de múltiplas origens com base em múltiplas arrest
lines, das quais twist hackle emanaram. (d) Imagem em MEV da zona 4 mostrando a
propagação da fratura a partir de ambos lados proximais. As setas brancas largas indicam a dpf (e) Imagem em MEV da zona 5 mostrando aspectos fractográficos (arrest lines radiais, das quais twist hackle lines emanaram) como na zona
homóloga. (f) Imagem em MEV da zona 6 mostrando aspectos fractográficos (twist
hackle e hackle lines formando microtextura fina) como na zona homóloga. (g)
imagem MEV da zona 7 mostrando aspectos fractográficos (hackle lines formando microtextura fina) como na zona homóloga.
Figura 15 mostra um pilar representativo do padrão de fratura relacionado a região da conexão e as zonas de interesse para análise fractográfica seguindo abordagem sistemática.
Figura 15 – Pilar representativo mostrando a superfície fraturada examinada em MEV. Zonas de interesse estão numeradas de 1 a 5 começando na margem esquerda até o outro lado do pilar.
A imagem em MEV da zona 1 (Figura 16a) mostrou twist hackle e muitas
hackle lines formando uma microtextura fina propagando em direção descendente
para a margem gengival, assim como a zona correspondente do pilar mencionado acima. Entretanto, é possível notar twist hackle lines partindo de uma fratura marginal em direção contrária. Esta fratura marginal é provavelmente um evento secundário relacionado ao vértice do hexágono, devido a presença de muitas hackle
lines propagando em direção descendente. A imagem em MEV da zona 2 (Figura
16b) revelou exatamente os mesmo achados discriminatórios observados na zona correspondente do pilar mencionado acima. Estes achados fractográficos confirmaram que a fratura originou-se a partir dessa região. De fato, a inspeção da zona 3 (Figura 16c) confirmou a saída da fratura pela parede oclusal pela
compression curl observada. As zonas no lado direito exibiram os mesmos achados
fractográficos das zonas homólogas no lado esquerdo (Figura 16d-e).
Figura 16 – Imagens em MEV das zonas de interesse.
(a) Imagem em MEV da zona 1. Achados fractográficos como twist hackle e hackle
lines indicam que a fratura moveu-se para baixo. A seta branca grande dpf mostra a
direção de propagação da fratura. As setas brancas em direção ascendente indicam a twist hackle partindo do lascamento marginal na região relacionada ao vértice do hexágono. (b) Imagem em MEV da zona 2 mostrando twist hackle partindo da região do pilar que estava em contato com o ângulo inferior da cabeça do parafuso e uma
arrest line lateral (pontas de seta brancas). (c) Imagem em MEV da zona 3
mostrando a compression curl saindo pela parede oclusal (pontas de seta brancas). (d) Imagem em MEV da zona 4 mostrando achados fractográficos (twist hackle, lateral arrest line e hackle lines formando microtextura fina) como na zona homóloga. (d) Imagem em MEV da zona 5 mostrando achados fractográficos (hackle lines formando microtextura fina) como na zona homóloga.
Figura 17 mostra duas arrest lines visíveis em um fragmento de outro pilar representativo correspondente a região da conexão, o que provê evidência de que o dano teve início nessa região. A origem da fratura é localizada no lado côncavo da primeira arrest line, o que significa, próximo ao ângulo da cabeça do parafuso. A linha verde indica o contorno da cabeça do parafuso e destaca sua proximidade com a origem da falha. Uma imagem em maior aumento da Figura 17 em MEV confirmou a presença desses achados fractográficos incluindo hackle lines (Figura 18).
Figura 17 – Imagem estereomicroscópica mostrando dano delimitado por arrest lines (setas brancas).
Figura 18 – Maior aumento da Figura 17 em MEV, confirmou a presença de arrest
lines (linhas brancas interrompidas) das quais finas hackle lines emanaram.
Figura 19a-b mostra imagens estereomicroscópicas dos componentes metálicos. Alguns espécimes exibiram arranhões na cabeça do parafuso e fratura/deformação da plataforma do implante como indicado pelas setas.
Figura 19 – Imagem estereomicroscópica dos componentes metálicos.
(a) Parafuso de pilar representativo mostrando dano no ângulo inferior da cabeça do parafuso (seta branca). (b) Implante representativo mostrando dano no hexágono do implante (setas pretas).
6 DISCUSSÃO
O envelhecimento hidrotérmico de materiais cerâmicos em Y-TZP é geralmente conduzido em autoclave, na qual os efeitos da umidade sob pressão, da temperatura e do tempo decorrido representam a única base para estimar o processo de degradação da Y-TZP e portanto sua longevidade. Fazer previsão de longevidade de acordo com a atual norma ISO 1335633 pode representar uma suposição arriscada, uma vez que a energia de ativação para ocorrer transformação
t-m de um dado material não pode ser obtida a partir de um único procedimento,
assim como, não pode ser considerada aproximadamente a mesma para todas zircônias estabilizadas44. Os presentes resultados mostraram que todas condições de envelhecimento induziram transformação de fase t-m e levaram a uma redução significativa na resistência mecânica quando comparadas com o controle.
É interessante notar que a condição MC, incluindo o efeito simultâneo da água e ciclagem mecânica, degradou a resistência mecânica significativamente mais do que a condição AUT. Embora a condição hidrotérmica possa induzir a transformação t-m com degradação das propriedades mecânicas13,17,36, Y-TZP, como todos os materiais cerâmicos, é sensível ao crescimento subcrítico de trincas. Trincas presentes na microestrutura dos componentes podem ter propagado lentamente quando submetidas ao estresse cíclico e umidade57. Como resultado, um aumento no tamanho subcrítico dos defeitos pode ter acelerado o processo de fratura. Cotes et al.20 obtiveram achados semelhantes em corpos de prova de Y-TZP no formato de disco, no qual o carregamento mecânico por 15 x 106 ciclos e ciclagem termomecânica por 1,2 x 106 ciclos reduziram a resistência flexural mais do que a autoclavagem (134ºC/2 bar/12 h). De maneira semelhante aos achados de Cotes et al.20, nossos resultados mostraram que o decréscimo na resistência mecânica da Y-TZP não foi apenas o resultado da degradação hidrotérmica. Portanto, o envelhecimento mecânico pode resultar em uma representação clínica mais significativa do que o procedimento de autoclavagem.
Embora existam poucas evidências39 de que o estresse térmico repetido pode levar a degradação da resistência da Y-TZP, a redução da resistência também foi observada após a condição TC. O estresse térmico pode ter levado à tensões dentro do material e propagação lenta de microtrincas. Cotes et al.20 observaram
que as variações térmicas poderiam contribuir para fadiga e degradação apenas quando associadas com o carregamento cíclico. Em outro estudo in vitro com corpos de prova no formato de disco8, condições de envelhecimento como ciclagem térmica (1 x 104 entre 5º e 55ºC) e mecânica (106 e 5 x 106 ciclos) não levaram a mudanças significativas na resistência à fratura do material. Essas contradições enfatizam a suposição de que a sensibilidade ao envelhecimento deve ser especificamente determinada para cada cerâmica à base de Y-TZP, uma vez que o envelhecimento é primariamente dependente das características microestruturais14,15. Além disso, como mencionado em publicações prévias18,22,37,58, diferentes características de superfície podem levar a grandes diferenças na sensibilidade ao envelhecimento. Assim, a degradação da resistência de discos com superfície polida pode ser muito diferente da sofrida por pilares com superfície usinada pela tecnologia CAD-CAM.
Conteúdo de fase monoclínica foi observado em todos os grupos após o envelhecimento, entretanto, a transformação ocorreu em apenas alguns pilares de cada grupo. Kim et al.36 avaliaram a degradação da resistência flexural de uma cerâmica Y-TZP após tratamento em diferentes temperaturas e reportaram que o conteúdo de fase monoclínica aumentou rapidamente de 12% para 75% ao mesmo tempo que a resistência flexural começou a baixar. O presente estudo registrou considerável redução na resistência à fratura com menores percentagens de fase monoclínica, ou até mesmo na ausência desta fase. Isto pode ser atribuído, principalmente, a algumas limitações da análise por XRD. Embora bem estabelecida e amplamente utilizada para seguir quantitativamente a propagação da transformação, o método da XRD fornece o conteúdo de fase relativo à profundidade da penetração do feixe de raios X58. Além disso, o feixe de raios X tem poucos milímetros de diâmetro na maioria dos instrumentos disponíveis e portanto a XRD extrai o conteúdo de fase local e não de todo material23,44. A espectroscopia Raman, por exemplo, parece extrair conteúdos de fase monoclínica diferentes da XRD61. Sendo assim, estudos futuros com técnicas avançadas são necessários para explicar plenamente a correlação entre a quantidade de fase monoclínica e a degradação da resistência.
A maioria dos estudos são focados no dano em corpos de prova planos e assim, pouco se sabe sobre restaurações protéticas de Y-TZP, como os pilares sobre implantes que apresentam geometria complexa. A tecnologia CAD-CAM permite aos dentistas confeccionar tais componentes com alto nível de precisão e
acurácia, entretanto, características de superfície como rugosidade, deformação plástica, dano e concentração de tensões são induzidas pela operação de subtração do processo de usinagem45. Neste contexto, a fadiga é um problema específico visto que ela pode prover a energia necessária para a propagação de um dano pré- existente e também criar novos modos de falha quando em combinação com um ambiente úmido53. Kim et al.37 demonstraram que o processo de usinagem CAD/CAM das superfícies teve efeito pronunciado sob o comportamento da degradação hidrotérmica da Y-TZP, como resultado dos danos induzidos e da ausência de uma superfície compressiva no material totalmente sinterizado. Assim, a superfície rugosa, com presença de falhas e microtrincas entre os grãos neste estudo pode ter sido responsável pela redução na resistência mecânica dos pilares de Y-TZP. Além dos materiais à base de Y-TZP serem suscetíveis aos mecanismos de fadiga e degradação hidrotérmica, a tensão gerada pelo aperto do parafuso de retenção pode gerar altas tensões dentro dos pilares de Y-TZP1. Portanto, os mecanismos exatos que controlam a confiabilidade da resistência desses componentes precisam ser ainda caracterizados.
A análise fractográfica é uma ferramenta valiosa para elucidar possíveis razões de falha em fragmentos cerâmicos. A primeira informação importante da análise fractigráfica desse estudo foi as diferenças nos padrões de fratura. Embora o modo de falha em materiais cerâmicos tenha sido estudado extensivamente em superfícies planas, existem poucas tentativas de estudar a evolução da fratura em geometrias complexas1,2,5,42,49,51,59, o que demanda uma completa investigação das partes fraturadas. Neste estudo, múltiplas fraturas foram propagadas simultaneamente nos pilares de Y-TZP com geometria complexa. Entretanto, um padrão geral de fratura na região da conexão sugere que a fratura iniciou a partir dessa região.
Fratura do pilar na região da conexão também foi o principal tipo de fratura encontrado para pilares em Y-TZP com conexão externa em vários estudos in vitro11,21,46,64. Neste contexto, os achados discriminatórios revelados por meio da abordagem fractográfica deste estudo tornou possível entender as razões pelas quais esse padrão de fratura ocorreu. Em restaurações implanto-suportadas, o orifício de acesso do parafuso no pilar leva a uma secção fina de parede. Mesmo com alta resistência (∼900 MPa) e tenacidade à fratura (9 MPa.m1/2)54, secções finas parecem representar a área de maior fragilidade dos componentes em Y-TZP1. Além
disso, o aperto do parafuso não induz apenas a força de união que mantém a prótese e o implante unidos, mas também induz altas tensões na superfície interna do pilar1. Achados fractográficos clássicos como arrest lines, hackle, and twist hackle mostraram as direções gerais de propagação. Assim, a falha teve início claramente onde o pilar de Y-TZP estava em contato com os ângulos da cabeça do parafuso de retenção e portanto, o parafuso afetou diretamente a ocorrência da falha.
Embora o padrão secundário próximo ao ponto de carregamento sugira que a fratura iniciou a partir do ponto de contato com o dispositivo de carga, a MEV forneceu imagens com maior magnificação, nas quais pequenos detalhes como os caminhos traçados por finas hackle lines, indicaram que a fratura propagou a partir da superfície interna para a região oclusal. Além disso, os caminhos frequentemente criados por hackle lines em direção a superfície externa, em todas as zonas analisadas, sugerem que houve concentração de tensão na superfície interna do pilar. A configuração do teste laboratorial pode ter sido uma fonte de tensão. O carregamento no aspecto lingual do pilar gerou um momento de flexão em torno da cabeça do parafuso, o qual agiu como fulcro, gerando tensões a partir dessa região. É interessante notar que a configuração do teste utilizado neste estudo32 produziu fraturas que foram comparáveis àquelas encontradas clinicamente. Aboushelib e Salameh1 observaram que a fratura tinha origem onde o pilares de Y-TZP estavam em contato com um componente metálico (região do index). Sendo assim, a configuração do teste foi até certo ponto bem sucedida na simulação da condição de carregamento in vivo.
É importante observar também que o design da cabeça do parafuso possui ângulos agudos. Este design é consistente com altos níveis de tensão24 e portanto inadequado para pilares em Y-TZP por causa da fragilidade característica dos materiais cerâmicos1. Pode ser suposto em particular, que múltiplas conexões em infraestruturas extensas de Y-TZP sobre implantes podem levar a maiores concentrações de tensões. Estudos futuros utilizando configurações laboratoriais que alcancem achados clínicos de fratura, assim como, estudos clínicos prospectivos devem ser conduzidos para elucidar as razões de falha das restaurações em Y-TZP sobre implantes. Assim como, os presentes achados poderão ser usados como referência em análises fractográficas futuras de restaurações protéticas em Y-TZP sobre implantes. Por fim, o dano no hexágono observado em alguns implantes, também reportado em estudos prévios como
resultado da alta dureza dos pilares de Y-TZP21,48, é um tipo de falha crítica uma vez que esta pode requerer a remoção do implante e repetição do trabalho protético. Portanto, o comportamento mecânico destes componentes deve ser entendido melhor para garantir alta confiabilidade a longo prazo.
7 CONCLUSÃO
A resistência à fratura dos pilares de Y-TZP sobre implantes foi suscetível às condições hidrotérmicas e mecânica, sendo seus processos de propagação de microtrincas as causas mais prováveis para a degradação da resistência.
Os achados fractográficos desse estudo revelaram um padrão de fratura na região da conexão e que a presença do parafuso contribuiu diretamente para a ocorrência das fraturas.
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