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PUCRS
PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO GRANDE DO SUL
PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO
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Faculdade de Engenharia
Faculdade de Física
Faculdade de Química
PGETEMA
AVALIAÇÃO DA OSSEOINTEGRAÇÃO DE IMPLANTES DE TITÂNIO
SUBMETIDOS A DIFERENTES TRATAMENTOS DE SUPERFÍCIES
Renata Pedrolli Renz
Bacharel em Engenharia de Materiais
Orientador: Prof. Dr. Roberto Hübler
Co-Orientador: Prof. Dr. Rogério Belle de Oliveira
Dissertação realizada no Programa de
Pós-Graduação em Engenharia e
Tecnologia dos Materiais - PGETEMA,
como parte dos requisitos para a
obtenção do título de Mestre em
Engenharia e Tecnologia de Materiais.
PORTO ALEGRE
2007
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Livros Grátis
http://www.livrosgratis.com.br
Milhares de livros grátis para download.
BANCA EXAMINADORA
_______________________________________
Prof. Dr. Roberto Hübler
Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia de Materiais
Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
_______________________________________
Prof. Dr. Rogério Belle de Oliveira
Programa de Pós Graduação em Odontologia
Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
_______________________________________
Prof. Dr. Isaac Newton Lima da Silva
Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Tecnologia de Materiais
Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
_______________________________________
Prof. Dra. Marília Gerhardt de Oliveira
Programa de Pós-Graduação em Odontologia
Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
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Aos meus pais e a todos aqueles que acreditam que a construção de um mundo melhor
começa na transformação de suas próprias idéias.
AGRADECIMENTOS
Especialmente aos meus pais, Luiz Carlos Renz e Maria Líbera Pedrolli Renz, pelo
apoio e financiamento de todo meu curso de Mestrado, sem nunca questionarem
minha decisão ou duvidarem da minha capacidade. Muito obrigada por tornarem
possível vencer mais uma etapa.
Ao meu orientador, Roberto Hübler, por ter me recebido no GEPSI e acreditado no
meu trabalho, mesmo não me conhecendo. Por todo apoio e auxílio que recebi,
principalmente pelos esclarecimentos e ensinamentos.
Ao meu co-orientador, Rogério Belle, por ter acreditado nessa pesquisa, por todo
apoio e empenho em tornar esse trabalho possível. Pela parceria feita com a
empresa que forneceu todo material necessário e, principalmente, pelas cirurgias
realizadas.
À Empresa Neodent, pelo financiamento desta pesquisa e fornecimento de todo
material utilizado neste trabalho.
À equipe de veterinários da Faculdade de Medicina da UFRGS, por toda ajuda
prestada na realização das cirurgias e cuidados com os animais.
À professora Ana Spohr, por permitir o uso dos equipamentos do Laboratório de
Materiais da Faculdade de Odontologia da PUCRS e pela atenção e ajuda com os
mesmos.
À equipe do Centro de Microscopia e Microanálises da PUCRS, pelo apoio na
obtenção das imagens e análises de EDS.
Ao professor Hélio Radke Bittencourt, pela grande ajuda com as análises estatísticas
dos dados.
À Gleisse e ao Daniel, que mesmo muito atarefados, não negaram ajuda,
principalmente com as cirurgias e limpeza das amostras. Em especial à Gleisse, por
ter me deixado usar um bisturi pela primeira vez.
Aos meus amigos e colegas do GEPSI: Catatau, Morango, Pimpolha, Salsicha, Tico,
Teco e o novato Forrinha, por estar sempre disposto a animar o pessoal, pelas boas
risadas e pelo monte de músicas que me passou e que muitas vezes alegraram
meus dias. E, em especial, ao Guaíba, pelos momentos de brincadeiras e
descontrações, pelo incentivo e, principalmente, pela grande ajuda (grande mesmo)
com toda a pesquisa, particularmente na hora de cerrar os ossos; ao André, pelo
ombro amigo de tantas horas de desabafo, pelas idas à padaria e parceria de doces;
ao Blando, pelas conversas e discussões sobre tudo e sobre nada, pelas “aulas” de
informática, por me mostrar que o símbolo do Mozilla era uma raposa e não um
golfinho (isso mudou minha vida); e ao Alemão, pelas tantas piadinhas sem graça,
por todos os momentos de conversa e descontração, por toda ajuda e paciência, por
ter se tornado um grande amigo.
Aos meus irmãos, Fernando, Letícia, Rafael e Marcos, e ao meu cunhado, Rafael
Maurer, por toda ajuda e incentivo, pelos conselhos, pela paciência que têm comigo.
À toda minha família, que sempre esteve ao meu lado, me apoiando e torcendo por
mim.
À minhas grandes amigas que se encontram distantes, Michelle e Kamille, que
sempre me ajudaram a superar os momentos difíceis e que, assim como eu,
acreditam que a distância não separa amizades tão especiais.
A uma pessoa especial e que amo muito, Tiago Vasconi Stoppa, que me fez
acreditar que sonhos podem se tornar realidade, mesmo que apenas em partes.
E a todos aqueles que direta, ou indiretamente, contribuíram para a realização desse
trabalho, meus sinceros agradecimentos.
RESUMO
RENZ, Renata. Avaliação da osseointegração de implantes de titânio
submetidos a diferentes tratamentos superficiais. Dissertação (Mestrado em
Engenharia e Tecnologia de Materiais). Faculdade de Engenharia, Pontifícia
Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, 2007.
O processo de osseointegração está fortemente ligado com as propriedades físico-
químicas superficiais dos materiais utilizados em implantes. Pesquisas recentes
indicam que o desenvolvimento de superfícies texturizadas aumenta a eficiência
deste processo, influenciando diretamente na resposta inicial das células na
interface osso/implante, na taxa e na qualidade da formação do tecido ósseo
formado. Porém, não foi verificada a melhor relação entre os diversos tipos de
tratamentos de superfícies e a adesão óssea ao implante.
O objetivo deste trabalho foi avaliar a osseointegração in vivo de implantes de titânio
cilíndricos, submetidos a diferentes tratamentos de superfície, através de ensaio
mecânico do tipo pull out, de acordo com a norma ASTM C 633. A morfologia
superficial dos implantes foi caracterizada pelas técnicas de MEV e rugosimetria. A
composição química foi avaliada pelas técnicas de EDS e XRF, de acordo com a
norma NBR ISO 5832-2, enquanto que, para avaliar a resistência à corrosão, foi
utilizada a técnica de Polarização Linear, segundo as recomendações da
ASTM F 746.
Os resultados indicaram que a composição química dos grupos de amostras, com
exceção do escovado, atende aos limites estipulados quanto ao teor de
contaminantes presentes. Os valores de densidade de corrente indicam
comportamento de passivação, significativamente abaixo do valor máximo permitido
pela norma. Os testes de pull out mostraram que 30 dias de cicatrização foram
insuficientes para se obter crescimento ósseo satisfatório. De modo geral, pode-se
dizer que os resultados obtidos para o grupo de 60 dias indicaram que os valores de
rugosidade superficial influenciaram os valores de tensão máxima.
Palavras-chave: implantes dentários, osseointegração, tratamentos de superfície.
ABSTRACT
Osseointegration process is strongly related to superficial physical-chemical
properties of materials applied as implants. Recent researches indicate that the
development of surfaces treatments increases the efficiency of this process,
influencing directly on the initial response of the cells in bone/implant interface, on
rate and quality of bone tissue formation. However, the best relationship among
several surface treatments processes and bone implant bonding remains unknown.
The aim of this study was to evaluate in vivo osseointegration of coin shaped titanium
surface treatmented implants by pull out assays according to ASTM C 633. The
implants superficial morphology was characterized using MEV and rugosimetry
techniques. Chemical composition was evaluated by means of EDS and XRF
analyses according to NBR ISO 5832-2, while corrosion resistance was verified by
Linear Polarization technique, according to ASTM F 746.
The results showed that chemical composition of samples groups are in agreement
with the limits recommended towards the presence of contaminants, except the
brushed group. The current density values indicated passivation behavior, which is
significantly lower than the maximum value allowed. The pull out assays showed that
30 days of healing period was insufficient to achieve satisfactory bone healing.
The results obtained for the 60 days samples group demonstrated superficial
roughness values which influenced maximum tension values.
Keywords: titanium implants, osseointegration, surface treatments
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 Exemplar de prótese dentária fenícia do século IV a.C., descoberto em maio
de 1862, pelo Dr. Gaillardot em um sepulcro da necrópole de Sidone, hoje
Saída, no Líbano. Fonte [35]. ...................................................................21
Figura 2 Prótese etrusca do século VI a.C. encontrada em um sepulcro de Tarquinia,
descritas por Van Marten em 1885. Fonte [35]. .......................................21
Figura 3 Fragmento de mandíbula da cultura Maia encontrada na Playa de los
Muertos pelo Dr. Wilson Popenoe e sua esposa Dorothy F. Popenoe, em
1931. Fonte: [35] ......................................................................................22
Figura 4 Protótipo da raiz metálica de ouro, idealizada pelo dentista italiano
Maggiolo, em 1807, no desenho original de seu livro. Fonte: [34]. ..........22
Figura 5 Esquema do implante de Greenfield de 1901 (A) e o implante modificado,
de 1913 (B). Fonte [35].............................................................................23
Figura 6 Parafuso helicoidal de Formíggini para infibulação direta endo-alveolar.
Fonte: [34]. ...............................................................................................24
Figura 7 Parafuso espiralado de Andrés Perron, derivação e aperfeiçoamento do
parafuso proposto por Formíggini. Fonte: [34]. ........................................25
Figura 8 Ilustração dos implantes de Cherchève de 1955 em (A) e já modificados, de
1962, em (B). Fonte [35]...........................................................................25
Figura 9 Foto dos implantes e brocas especiais idealizados por Sami Sandhaus em
1960. Fonte [35]. ......................................................................................26
Figura 10 Desenho primitivo do implante de Muratori de 1963 em (A) e sua versão
modificada em 1967, em (B). Fonte [35]. .................................................26
Figura 11 Foto dos implantes espiralados Vent-plant, idealizados por Leonard I.
Linkow, usados a partir de 1963. Fonte [35].............................................27
Figura 12 Desenho de um implante de carbono vítreo idealizado por Dale Grenoble.
Fonte [35]. ................................................................................................28
Figura 13 Três tipos básicos de implantes. De cima para baixo: implantes do tipo
parafuso; implantes cilíndricos e implantes laminados. Fonte [36]...........29
Figura 14 Sistema de implantes Brånemark. Fonte [36]. ..........................................29
Figura 15 Sistema de implantes IMZ. Fonte [36].......................................................30
Figura 16 Implantes do sistema ITI. Fonte [36]. ........................................................30
Figura 17 Implantes do sistema Ha–Ti, de formato parafuso cônico autorosqueável.
Fonte [36]. ................................................................................................30
Figura 18 Secção transversal da mandíbula de um macaco mostrando padrões
variáveis de ossos trabecular e cortical: (1) trabécula fina; (2) trabécula
grossa; (3) compacto poroso e (4) compacto denso. Fonte [50]. .............38
Figura 19 Diagrama contendo alguns dos componentes mais importantes presentes
na interface osso/implante em diferentes níveis de resolução. Fonte [53]39
Figura 20 Visão geral do processo de evolução fisiológica da cicatrização óssea na
região em contato com o implante de acordo com o tempo. Fonte [53]...41
Figura 21 Diagrama representativo da biologia da osseointegração. Fonte [53].......42
Figura 22 Espectros sobrepostos de BaTiO
3
obtidos por EDS (seta preta) e
XRF(seta azul). Fonte [60]. ......................................................................55
Figura 23 Curva tensão – deformação de um implante de titânio inserido em tíbia de
ovelha obtida em um ensaio de pull out. ..................................................58
Figura 24 Em (a): ilustração do implante no formato de cilindro. Em (b): implantes
fornecidos pela empresa, embalados e esterilizados...............................61
Figura 25 Em (a) Exposição e anti-sepsia do campo a ser operado; (b) Tricotomia da
região; (c) Exposição da cortical óssea pelo afastamento dos tecidos
moles e periósteo; (d) Adaptação do template para a marcação dos locais
de inserção dos implantes; (e) Marcação do local dos implantes; (f)
Aplainamento da cortical óssea; (g) Inserção dos implantes; (h) Sutura da
ferida operatória. ......................................................................................67
Figura 26 Amostras adaptadas no porta amostras para ensaio de resistência à
corrosão. ..................................................................................................69
Figura 27 Em (a): imagem de uma amostra fixada em resina acrílica. Em (b):
imagem de uma amostra presa ao dispositivo de garras do equipamento
de tração mecânica. .................................................................................70
Figura 28 Resultados de composição química obtidos para amostra do grupo E. Em
(a): espectro de EDS, indicando não haver presença de contaminantes.
Em (b): Difratograma de XRF indicando presença de contaminante de
ferro..........................................................................................................72
Figura 29 Resultados de composição química obtidos para amostra do grupo F. Em
(a) espectros de EDS, indicando presença de contaminantes de oxigênio
e ferro e alumínio. Em (b): difratogramas de XRF indicando presença de
contaminantes de ferro e zinco. ...............................................................73
Figura 30 Gráfico das rugosidades R
a
obtidas para os cilindros de titânio................76
Figura 31 Micrografias da Amostra 1 do grupo A, onde pode ser observas as marcas
de usinagem na superfície. Em A: aumento de 900 x. Em B: aumento de
3000 x. Imagens obtidas no modo SE......................................................77
Figura 32 Em (a): micrografia da amostra do grupo B. Em (b): micrografia da amostra
do grupo C. Em (c): micrografia da amostra do grupo D. Em (d):
micrografia da amostra do grupo E. Aumentos de 600 x, imagens obtidas
no modo SE..............................................................................................78
Figura 33 Em (a) e (b): micrografias da amostra do grupo F, aumentos de 150 e
600 x, respectivamente. Em (c) e (d): micrografias da amostra do grupo G,
aumentos de 150 e 600 x, respectivamente. Imagens obtidas no modo
SE.............................................................................................................79
Figura 34 Em (a): curvas dos potenciais de repouso obtidas para as amostras após o
período de avaliação do potencial aberto. Em (b): valores finais dos
potenciais. ................................................................................................80
Figura 35 Em (a): curvas de densidade de corrente obtidas para as amostras após o
teste de resistência à corrosão. Em (b): valores finais das densidades de
corrente. ...................................................................................................81
Figura 36 Gráfico comparativo entre a média geral das tensões máximas com a
média obtida apenas para a ovelha 4.......................................................84
Figura 37 Gráfico comparativo entre as tensões médias e os valores médios de
rugosidade R
a
...........................................................................................87
Figura 38 Relação entre as médias dos valores de tensão com os valores de
rugosidade................................................................................................88
Figura 39 Micrografias após teste de pull out das superfícies das amostras do grupo
de 30 dias, mostrando a quantidade de matéria orgânica (MO) aderida ao
metal (M). Aumentos de 150 x. Em (a) e (b) amostra do grupo F. Imagens
no modo SE e BSE, respectivamente. Em (c) e (d) amostra do grupo C.
Imagens no modo SE e BSE, respectivamente........................................89
Figura 40 Micrografias após teste de pull out das superfícies das amostras do grupo
de 60 dias mostrando a quantidade de matéria orgânica (MO) aderida ao
metal (M). Aumentos de 300 x. Em (a) e (b) amostra do grupo F. Imagens
no modo SE e BSE, respectivamente. Em (c) e (d) amostra do grupo C.
Imagens no modo SE e BSE, respectivamente........................................90
Figura 41 Micrografias das regiões de matéria orgânica. Em (a) amostra do grupo C,
em (b) amostra do grupo F. Aumento de 900 x........................................91
Figura 42 Micrografia da superfície da amostra do grupo F onde podem ser vistos
halos de inibição devido contaminação por ferro na superfície do implante.
Aumento de 600 x. ...................................................................................91
11
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Propriedades físicas do titânio no seu estado não ligado...........................34
Tabela 2 Classificação do titânio comercialmente puro de acordo com sua
composição química.................................................................................35
Tabela 3 Propriedades mecânicas dos tipos de titânio comercialmente puro...........36
Tabela 4 Composição típica e espessura da camada óxida da superfície do CP–Ti
usinado e mecanicamente polido. ............................................................37
Tabela 5 Visão geral das modificações de superfície feitas em implantes de titânio e
suas ligas. ................................................................................................48
Tabela 6 Classificação dos grupos de implantes de acordo com o tratamento
superficial utilizado. ..................................................................................62
Tabela 7 Distribuição dos implantes de acordo com a região cortical óssea na qual
foram inseridos.........................................................................................63
Tabela 8 Comparativo entre os resultados quantitativos obtidos pelas técnicas de
EDS e XRF dos contaminantes presentes. Percentuais em peso............74
Tabela 9 Resultados de rugosimetria obtidos para os cilindros de titânio.................75
Tabela 10 Análise estatística de Tukey referente aos valores de rugosidade obtidos
para as amostras......................................................................................76
Tabela 11 Valores máximos de tensão obtidos para os implantes inseridos por 30
dias, de acordo com a ovelha na qual foram implantados........................82
Tabela 12 Valores máximos de tensão obtidos para os implantes inseridos por 60
dias, de acordo com a ovelha na qual foram implantados........................83
Tabela 13 Resultado da análise estatística de Tukey para os valores de tensão
obtidos......................................................................................................85
Tabela 14 Comparação entre valores de tensão máxima de ruptura obtidos nesta
pesquisa com os valores encontrados em pesquisas similares
encontradas na literatura..........................................................................86
12
LISTA DE ABREVIATURAS, SIGLAS E SÍMBOLOS
Å Ângstrom 10
-10
m
µm Micrometro 10
-6
m
A Área m
2
ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas
Al Alumínio
ASM American Society of Metals
ASTM American Society for Testing and Material
C Carbono
CBS Cristal Bone Sern
ccc Estrutura cristalina cúbica de corpo centrado
CEM Centro de Microscopia e Microanálises
CEP Comitê de Ética em Pesquisa
CP–Ti Comercial Pure Titanium
Cu Cobre
EDS Espectroscopia
ELI Extra Low Interstitial
Fe Ferro
GEPSI Grupo de Estudos de Propriedades de Superfícies e Interfaces
H Hidrogênio
hcp Estrutura cristalina hexagonal compacta
Ha-Ti Hand–Titanium
ITI International Team for Implantology
m Metro
Mo Molibdênio
13
MPa Mega Pascal
2
mm
N
N Newton
2
.
s
mkg
N Nitrogênio
Ni Níquel
nm Nanômetros 10
-9
m
O Oxigênio
Pa Pascal
2
m
N
Pd Paládio
PUCRS Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul
Si Silício
Ti Titânio
V Vanádio
XRF Espectrômetro Seqüencial de Fluorescência de Raios X
XPS Espectroscopia Fotoeletrônica de Raio X
Zn Zinco
14
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVAS......................................................................16
2 ESTADO DA ARTE ...............................................................................................20
2.1
E
VOLUÇÃO DA
I
MPLANTODONTIA
..........................................................................20
2.2
M
ATERIAIS PARA
I
MPLANTES
...............................................................................31
2.2.1 Titânio e suas ligas....................................................................................32
2.3
T
ECIDO
Ó
SSEO E O
P
ROCESSO DE
O
SSEOINTEGRAÇÃO
.........................................37
2.4
R
ELAÇÃO ENTRE
R
UGOSIDADE
S
UPERFICIAL E
O
SSEOINTEGRAÇÃO
........................42
2.4.1 Pesquisas feitas in vitro.............................................................................44
2.4.2 Pesquisas feitas in vivo.............................................................................45
2.5
T
RATAMENTOS DE
S
UPERFÍCIE
............................................................................46
2.5.1 Jateamento de Partículas..........................................................................49
2.5.2 Ataque Ácido.............................................................................................50
2.5.3 Anodização e Passivação .........................................................................51
2.6
T
ÉCNICAS DE
C
ARACTERIZAÇÃO
..........................................................................52
2.6.1 Microscopia Eletrônica de Varredura e Espectroscopia de Energia
Dispersa.............................................................................................................53
2.6.2 Espectroscopia por Fluorescência de Raios X..........................................54
2.6.3 Rugosimetria .............................................................................................55
2.6.4 Ensaio de Resistência à Corrosão ............................................................56
2.6.5 Ensaio de Resistência à Tração Mecânica (Pull out)................................57
3 METODOLOGIA ....................................................................................................60
3.1
M
ODELO
A
NIMAL
................................................................................................60
3.2
P
OPULAÇÃO E
A
MOSTRA
.....................................................................................61
3.3
P
ROCEDIMENTO
E
XPERIMENTAL
..........................................................................63
15
3.3.1 Tratamentos de Superfície ........................................................................63
3.3.1.1 Tratamentos Padrões da Empresa ....................................................63
3.3.1.2 Escovamento e Ataque Ácido ............................................................64
3.3.2 Técnica Cirúrgica ......................................................................................64
3.3.3 Preparação das amostras para análises de caracterização......................68
3.3.4 Preparação das Amostras para Ensaio de Pull Out ..................................70
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES...........................................................................72
4.1
C
ARACTERIZAÇÃO DOS
I
MPLANTES DE
T
ITÂNIO
.....................................................72
4.1.1 Composição Química................................................................................72
4.1.2 Morfologia Superficial................................................................................75
4.1.3 Resistência à Corrosão.............................................................................79
4.2
A
VALIAÇÃO DA
O
SSEOINTEGRAÇÃO
......................................................................81
5 CONCLUSÃO........................................................................................................92
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS E SUGESTÕES ........................................................93
REFERÊNCIAS.........................................................................................................95
ANEXO A................................................................................................................100
ANEXO B................................................................................................................102
APÊNDICE A..........................................................................................................104
APÊNDICE B..........................................................................................................105
16
1 INTRODUÇÃO E JUSTIFICATIVAS
Implantes metálicos endósseos têm se tornado uma alternativa muito
importante para a Implantologia, sendo que a otimização das propriedades da
interface osso/implante continua sendo um problema em aberto [1-3]. A maioria das
falhas dos implantes surge nas primeiras oito semanas depois de sua inserção, em
virtude do modo lento de reparação óssea. Em conseqüência, a adequação em
aplicar carga imediata é restrita. O crescimento rápido da Implantologia e as
inovações de técnicas de tratamentos de superfícies mostram a existência de
métodos alternativos, cuja aplicação tende a reduzir o risco de falhas durante a fase
inicial do tratamento [4].
Muitas teorias foram propostas para os fenômenos que ocorrem quando a
superfície de um material é colocada em contato com um sistema biológico [5,6],
sendo que a questão-chave nas aplicações de biomateriais é como o material
influencia e como é influenciado pela resposta biológica resultante deste contato
material/sistema biológico [7-9]. Dessa forma, as propriedades originais de um
material implantado constituem uma condição importante para as dinâmicas que
ocorrem na interface osso/implante, as quais incluem tanto as propriedades
químicas como estruturais, da escala macroscópica ao nível atômico, influenciando
diretamente a taxa e a qualidade da formação do novo tecido ósseo [1,7-15].
A biocompatibilidade de um material está altamente relacionada ao
comportamento das células em contanto e, em particular, à adesão celular na sua
superfície. No caso de implantes ortopédicos e ortodônticos, a formação de uma
interface firme é de grande importância para garantir sua longa funcionabilidade. Isto
implica em uma boa junção entre a superfície do material implantado e o tecido
ósseo, sem nenhuma interface de tecido fibroso entre eles [9,13,18]. Além disso, a
17
presença de ligações químicas ou físico-químicas entre o implante e o osso também
são importantes [1]. O objetivo é garantir uma ligação mecânica adequada,
diminuindo o tempo de tratamento do paciente, através da redução do tempo de
integração do implante ao tecido ósseo [9]. Para isto, muitos fatores devem ser
levados em consideração, como material utilizado, design do implante, condições da
superfície do implante, técnica cirúrgica, estado do tecido hospedeiro e as condições
de cargas que estarão agindo sobre o implante [15-17].
O crescimento ósseo ao redor da superfície do implante ocorre através de um
processo gradual de mineralização direcionado ao implante, não tendo seu início na
sua superfície. Baseado nisto, a superfície usinada do titânio pode ser considerada
como uma superfície permissiva para a mineralização gradual do osso, mas não
como uma superfície ósseo-indutora. Para que a osseointegração ocorra de maneira
mais acelerada, os implantes devem induzir respostas positivas das células ao redor
do implante e dos tecidos, assim como assegurar a adesão celular [18]. É importante
ressaltar que nenhum material para implante cirúrgico demonstra ser completamente
livre de reações adversas no corpo humano. Entretanto, experiências clínicas
prolongadas do emprego do titânio mostram que um nível aceitável de resposta
biológica pode ser esperado quando o material é usado em aplicações apropriadas
[19].
Muitos tratamentos de superfícies têm sido empregados aos biomateriais com
o intuito de otimizar suas propriedades de superfície, visando aumentar a fixação
das células ao implante, aumentando assim, a osseointegração O desenvolvimento
e o uso dessas técnicas baseiam-se na teoria de que o aumento do contato
osso/implante pode ser atingido pela mudança da topografia ou pelo aumento da
rugosidade superficial do implante [1,10,15,20,21]. Esses tratamentos incluem
processos de modificação da topografia e da rugosidade superficial, como
jateamento de partículas [12,13], ataque ácido [14,22-24], anodização eletroquímica,
recobrimento com camada de materiais biocompatíveis [2,17,25], técnicas de
implantação iônica [9,16,26] e técnicas de aspersão a plasma. Algumas dessas
técnicas são atualmente utilizadas em implantes comercializados no mercado
mundial [16].
Os tratamentos de superfície baseados em recobrimento (deposição de
camadas) apresentam alguns problemas quanto à existência de uma interface
18
adicional entre a camada depositada e a superfície do biomaterial, a qual pode vir a
comprometer a vida útil do implante, especialmente quando este estiver submetido a
ciclos repetitivos de esforços. Como alternativa para esse problema, as técnicas de
tratamentos de superfícies que não formam interface adicional têm sido amplamente
estudadas, tanto in vitro como in vivo, com resultados satisfatórios em termos de
melhoras na osseointegração [27]. Dentre elas, o jateamento de partículas
apresenta algumas vantagens na modificação da superfície; pois, além de ser um
processo de baixo custo, nessa técnica não há risco de se gerar danos adicionais às
propriedades físico-químicas da superfície do implante, devido à elevada
temperatura de trabalho, como ocorre nos processos de recobrimento. Pelo
contrário, o aumento da rugosidade causada pelo jateamento potencializa essas
propriedades [27,28]. De fato, estudos indicam que a tensão de cisalhamento de
implantes jateados pode atingir valores cinco vezes maiores que implantes que
apresentam superfície lisa [4,14,20]. Em contra partida, devido à elevada pressão
com que as partículas atingem a superfície do implante, algumas delas podem ficar
cravadas na superfície, contaminando-a [15,22,27]. Além disto, a taxa de liberação
de íons de titânio de um implante rugoso é maior que a de um implante liso, o que
pode ser prejudicial para a osseointegração.
Com esse intuito, o ataque ácido tem sido empregado como técnica
complementar ao jateamento, uma vez que este permite a eliminação dos defeitos
causados pelo processo de jateamento através da remoção das partículas cravadas
na superfície e pela criação de microporos secundários na macrotextura da
rugosidade, tornando-a mais regular e conferindo melhores propriedades à
superfície [27-29].
A utilização de ensaios biomecânicos como método para caracterizar as
propriedades mecânicas da interface osso/implante, como torque de remoção e
contra-torque, é defendida por muitos pesquisadores [30-33]. Contudo, nos sistemas
de testes convencionais utilizados, foi provada a dificuldade de separar-se os efeitos
biológicos da ligação osso/implante da retenção mecânica do implante ao osso,
devido ao seu formato [31]. O efeito da rugosidade superficial na adesão óssea em
implantes de titânio inseridos em tíbias de coelhos foi estudado através da técnica
de pull out. Para minimizar os efeitos de retenção mecânica de forças de
cisalhamento e fricção, introduzidas pelo formato do implante e por sua rugosidade
19
superficial, foram desenvolvidos implantes de titânio no formato de cilindros, o que
se constitui em nova metodologia para avaliação de osseointegração que, apesar de
mais complexa, fornece resultados mais precisos para a avaliação do tratamento
superficial em testes in vivo, uma vez que a força de ligação química entre o osso e
o implante pode ser medida diretamente [31-33].
Assim sendo, este trabalho tem por objetivo avaliar, pelo método de pull out, o
grau de osseointegração obtido em implantes de titânio comercialmente puro, na
forma de cilindros, submetidos a diferentes tratamentos de superfície e inseridos em
modelo experimental animal (ovelha).
20
2 ESTADO DA ARTE
2.1 Evolução da Implantodontia
Implantação é um procedimento cirúrgico, no qual substitui-se algum órgão
ausente, ou parte dele, por elementos inertes e bem tolerados pelo organismo. [34].
O homem, desde os tempos remotos, procura substituir os órgãos dentais ausentes
através de próteses confeccionadas em marfim, pedra, ou mesmo utilizando órgãos
dentais extraídos de animais, ou do próprio homem [34-36]. Porém, por muitos anos
os implantes foram considerados por pesquisadores como uma prática post mortem,
como sendo parte de rituais funerários [34,35].
Convém ressaltar que para se analisar a evolução da Implantodontia é
preciso considerar a existência de duas fases bem distintas: uma empírica e outra
científica. A fase empírica, onde os implantes eram aplicados com pouca ou
nenhuma chance de sucesso, constitui o início da Implantodontia, desde o primeiro
momento que o homem teve a necessidade de substituir um órgão dental. O seu fim,
segundo alguns pesquisadores, se deu em 1860, quando começou a surgir, não só
no campo da Odontologia, como no da Medicina, um impulso causado pelas
grandes investigações científicas. Com o avanço e o progresso da ciência e da
tecnologia, o homem moderno obteve alicerces para começar a derrubar conceitos e
tabus criados pelos seus antepassados, ocasionando uma revolução nestes campos
[35].
Embora alguns pesquisadores afirmem que a arte dentária tenha surgido na
velha Mesopotâmia, e que se tenha registro de documentos médicos e
odontológicos da época do povo egípcio antigo – o papiro de EBERS, descoberto
em 1873 – a prótese dentária mais antiga que se tem registro é de origem fenícia. A
21
Figura 1 mostra uma prótese do século IV a.C., que se compõe de seis dentes
ligados por um fio de ouro puro, tendo o central direito e o lateral direito de outro
indivíduo com a função de substituir os dois órgãos ausentes [35].
Figura 1 Exemplar de prótese dentária fenícia do século IV a.C., descoberto em maio
de 1862, pelo Dr. Gaillardot em um sepulcro da necrópole de Sidone, hoje Saída, no
Líbano. Fonte [35].
Uma extensa prótese etrusca, aproximadamente do século VI a.C., foi
encontrada em um dos mais antigos sepulcros de Tarquinia, hoje Cornetto na Itália.
Descrita pela primeira vez por Van Marten em 1885, apresenta sete aros de ouro,
que vão do canino direito até o primeiro molar esquerdo. Cinco aros envolviam, em
vivo, os dentes naturais (dos quais restam o canino e o lateral direito). O segundo
pré-molar esquerdo era postiço (e hoje ausente), e os dois centrais e o lateral
esquerdo são substituídos por um único central de boi, dentro de um grande aro,
fixado por duas barrinhas rebatidas, como pode ser vista na Figura 2 [35].
Figura 2 Prótese etrusca do século VI a.C. encontrada em um sepulcro de Tarquinia,
descritas por Van Marten em 1885. Fonte [35].
No ano de 1931, na Playa de los Muertos em Honduras, foi encontrado um
fragmento de mandíbula que pertencia à cultura dos Maias faltando três incisivos
inferiores naturais, os quais foram substituídos por outros três dentes artificiais
implantados confeccionados com valvas de conchas, mostrado na Figura 3. A peça
está conservada no Peabody Museum da Universidade de Harvard [34,35]. Segundo
alguns pesquisadores, esta peça representa verdadeiramente o primeiro implante
22
aloplástico na história da humanidade, uma vez que o fragmento de mandíbula
descrito por Robert Rolins Andrews, em 1980, foi perdido [34].
Figura 3 Fragmento de mandíbula da cultura Maia encontrada na Playa de los
Muertos pelo Dr. Wilson Popenoe e sua esposa Dorothy F. Popenoe, em 1931.
Fonte: [35]
No início da Era Moderna, em 1700, Pierre Fauchard, cognominado “Pai da
Odontologia Moderna”, publicou notável obra em 1728: “Lê Chirurgien Dentiste ou
Traité Dês Dentes”, que deu origem à odontologia científica. Dentre os diversos
assuntos tratados, Pierre fala sobre próteses, ensinando a confeccionar pivôs, bem
como dentaduras individuais com gengivas coloridas e com dentes esmaltados
[34,35].
No ano de 1746, Philipp Pfaff, dentista de Frederico o Grande, redige o
primeiro tratado de odontologia alemã, em que ensinava o preparo de modelos de
gesso após a modelagem na prótese dentária. Já no fim do século, em 1788, surge
a grande inovação da prótese, os dentes de porcelana, feitos por Nicolas Dubois de
Chémant [35].
Na França, no ano de 1807, um dentista italiano chamado Maggiolo, idealizou
uma raiz metálica de ouro, que servia de sustento a um verdadeiro dente a pivô [34].
O desenho ilustrativo do protótipo, em seu conjunto e em suas partes constituintes,
aparece em seu livro Lê Manuel de l´Art du Dentiste, o qual é mostrado na Figura 4.
Figura 4 Protótipo da raiz metálica de ouro, idealizada pelo dentista italiano
Maggiolo, em 1807, no desenho original de seu livro. Fonte: [34].
23
Após 1890, revistas específicas de odontologia sugerem a introdução de
pequenos cilindros construídos com rede de platina e tendo um pivô rígido externo,
para servir de sucessivo suporte à prótese [34].
No ano de 1901, Edwin J. Greenfield, de Kansas nos EUA, patenteou um
suporte para dentes artificiais que hoje é considerado um dos primeiros implantes
aloplásticos endósseos, confeccionado em irídio e platina, onde seu desenho foge
da forma costumeira da época em imitar os dentes ou as raízes dos dentes naturais.
Alguns anos mais tarde, em 1913, Greenfield modificou o desenho de seu implante
[35]. A Figura 5 ilustra os desenhos dos implantes de 1091 e 1913.
Figura 5 Esquema do implante de Greenfield de 1901 (A) e o implante modificado,
de 1913 (B). Fonte [35].
Nessa mesma época, em 1909, Albim Lambotte foi o primeiro a chamar a
atenção do mundo sobre a ação das reações eletrolíticas desfavoráveis de vários
metais, quando colocados em contato, ou na intimidade, de tecidos orgânicos. Logo
de início ele concluiu que quanto maior o corpo estranho introduzido no organismo,
maior a oportunidade para a introdução e formação de infecção. Observou também
que o cobre não era bem tolerado pelos tecidos e que sofria uma verdadeira
rejeição, e que o fio de aço, quando recoberto com outro metal, era corroído muito
mais depressa, provavelmente pela ação eletrolítica [35].
A partir daí, durante as três décadas seguintes, muitos pesquisadores
estudaram o comportamento de diversos metais e ligas metálicas quando em
contato com o meio fisiológico. Mas, na realidade, foram os pesquisadores Venable,
Stuch e Beach que estudaram mais profundamente a ação eletrolítica que se produz
quando os metais são atacados pelos fluidos dos tecidos orgânicos, publicando seus
estudos no ano de 1937. Segundo os pesquisadores, metais com potenciais
elétricos diferentes, colocados no osso humano, provocavam uma verdadeira bateria
e que a d.d.p. (diferença de potencial) produzida era diretamente proporcional à
24
diferença de potencial dos metais. Com base nesses estudos, começaram a surgir
várias técnicas e desenhos de implantes odontológicos e foi possível melhorar as
técnicas em Traumatologia e Ortopedia, como também na Cirurgia Plástica e na
Cardiologia [35].
Depois de Greenfield, houve pouca inovação no campo da Implantodontia,
embora muitos pesquisadores tentassem desenvolver novos implantes com formatos
e materiais diferentes, até surgirem os irmãos Strock, os quais realizaram suas
pesquisas utilizando implantes em forma de parafusos confeccionados em cromo-
cobalto-molibdênio (Vitallium) [34,36].
De acordo com alguns pesquisadores, em razão dos insucessos, da grande
insegurança e da falta de conhecimentos de base em vigor até 1937, a publicação
dos resultados das pesquisas de Venable, Stuch e Beach foi o marco inicial da etapa
científica da Implantodontia [35]. Contudo, alguns pesquisadores afirmam que a
verdadeira história da implantodontia endóssea aloplástica começa em 1947, com M.
Salvatore Formíggini, o qual projetou um parafuso helicoidal para infibulação direta
endo-alveolar, inicialmente obtido de um fio de aço inoxidável, mostrado na Figura 6
[34].
Figura 6 Parafuso helicoidal de Formíggini para infibulação direta endo-alveolar.
Fonte: [34].
Após a “revelação” de Formíggini, com o passar do tempo o emprego prático
do parafuso mostrou falhas e defeitos, apesar da existência de casos bem
sucedidos. Muitos pesquisadores propuseram diversas modificações e
aperfeiçoamentos dos protótipos existentes, os quais todos tinham como ponto de
partida a característica genérica de serem parafusos ocos, inspirados pela
morfologia do parafuso sugerido por Formíggini. Dentre os pesquisadores destaca-
se o espanhol Andrés Perron, recalcando muito perto os passos de Formíggini com
um parafuso espiralado, bastante elástico e com núcleo sólido, ilustrado na Figura 7
[34].
25
Figura 7 Parafuso espiralado de Andrés Perron, derivação e aperfeiçoamento do
parafuso proposto por Formíggini. Fonte: [34].
Em 1955, o francês Raphael Cherchève consegue um dos mais práticos e
bem sucedidos implantes, o qual era feito de cromo-cobalto, modificando o desenho
original de Formiggini, mantendo as espirais bem juntas e uma coluna longa. Em
1962, propõe modificações em seu implante, desenhando-o espiralado em hélice
dupla. A Figura 8 figura ilustra o implante de 1955, e a versão modificada, de 1962.
Entretanto, a maior contribuição de Cherchève foi quanto ao método de inserção dos
implantes, desenhando brocas próprias e especiais e um instrumental próprio para
os implantes. Com isso, a Implantodontia deu novo passo à frente [35].
Figura 8 Ilustração dos implantes de Cherchève de 1955 em (A) e já modificados, de
1962, em (B). Fonte [35].
Muitos estudiosos tentaram desenhar, confeccionar e aplicar diversos tipos de
implantes [34,37]. Entre eles, Max Jeanneret, que tentou usar implantes espiralados
em locais onde havia osso alveolar insuficiente; P. Pretto, que chamou seu protótipo
de “implante trombone” pela semelhança com o instrumento musical; Stefano
Tramonte, que se baseou em parafusos ortopédicos para projetar um implante com
roscas largas e bem separadas uma das outras; George Trattner, cujo implante,
além de apresentar uma longa haste e espiras, continha uma mola com a finalidade
de dar ao implante certa mobilidade, a fim de amortecer o impacto mastigatório [35].
26
Uma outra abordagem em condensação do osso em torno do implante foi
tomada pelo suíço Sami Sandhaus, que idealizou seus implantes em safira sintética
(AlO
2
) no ano de 1960, chamando-os de CBS (Cristal Bone Sern) [35]. Os implantes
e brocas projetados por Sandhaus são mostrados na Figura 9.
Figura 9 Foto dos implantes e brocas especiais idealizados por Sami Sandhaus em
1960. Fonte [35].
Outro implantodontista que muito contribuiu para a evolução dessa área foi o
italiano Giordano Muratori que, em 1963, lançou o seu implante de espira
apresentando uma haste longa rosqueada na região profunda. Era formado por duas
peças, com um parafuso que se ajustava a haste rosqueada. No ano de 1967,
Muratori modificou o desenho inicial, o que resultou na redução do perigo de
invaginação de tecidos moles [35]. A Figura 10 mostra os desenhos inicial e após a
modificação da base sólida de seu implante.
Figura 10 Desenho primitivo do implante de Muratori de 1963 em (A) e sua versão
modificada em 1967, em (B). Fonte [35].
Também no ano de 1963, Leonard I. Linkow apresenta o seu implante
denominado Vent-plant, com espiral fechada e uma abertura na base para permitir o
27
crescimento do osso e ancoragem do implante [35]. A Figura 11 mostra os diversos
modelos de implantes do tipo Vent-plant idealizados pelo americano Linkow, feitos
em cromo, níquel e vanádio. Depois de testar a idéia de Sanhaus, Linkow
desenvolveu novos implantes, revestidos com safira sintética.
Figura 11 Foto dos implantes espiralados Vent-plant, idealizados por Leonard I.
Linkow, usados a partir de 1963. Fonte [35].
Durante os estudos feitos nas décadas de 50 e 60, pelo professor sueco Per-
Ingvar Brånemark e seus colaboradores, acidentalmente foi descoberto um
mecanismo alternativo de fixação durante um trabalho experimental. O médico
Brånemark se interessava pela microcirculação óssea e pelos problemas de
cicatrização. Ele estudava isso através do microscópio vital, uma técnica onde uma
fina camada de tecido vivo é preparada e examinada sob o microscópio. Para
facilitar, ele usava câmeras ópticas construídas em tântalo ou titânio, e que foram
instaladas cirurgicamente no osso de animais de experiência. Essa técnica não era
nova. O que a distinguiu, no entanto, foi que, quando o metal titânio era usado na
câmara de observação e a peça era introduzida no osso através de uma técnica
cirúrgica, o osso aderia ao metal com grande tenacidade. A estrutura metálica
tornava-se incorporada ao osso vivo numa forma que se imaginava ser impossível.
Brånemark chamou esse mecanismo de fixação de osseointegração e começou a
estudar esse fenômeno em detalhe [36].
Baseados nos estudos de Brånemark iniciaram-se diversos estudos
experimentais objetivando o desenvolvimento de implantes endósseos para a
ancoragem segura de estruturas protéticas. Com isso, a implantodontia pôde
alcançar o reconhecimento científico e os índices de sucesso que hoje são relatados
[36].
28
Em 1971, Dale Grenoble, da Escola de Odontologia da Universidade da
Carolina do Sul, nos Estados Unidos, idealiza o implante feito de carbono vítreo.
Esse material já estava sendo estudado e aplicado desde 1946 por Mc Cutcheen.
Mas, somente em 1973, que Grenoble desenvolve um sistema de substituição de
raiz dental com carbono vítreo, após experiências em animais e após o desenho do
implante ser estudado com auxílio de ferramentas computacionais [35]. A Figura 12
ilustra um desenho de um implante de carbono vítreo mostrando em (A) cabeça ou
núcleo do implante; (B) colo do implante e (C) corpo do implante.
Figura 12 Desenho de um implante de carbono vítreo idealizado por Dale Grenoble.
Fonte [35].
Atualmente, com relação à forma, é possível se fazer distinção entre os
implantes em forma de parafuso, implantes cilíndricos (exibindo simetria de rotação)
e os implantes laminados (implantes de extenção). Existem mais de 100 diferentes
tipos de sistemas de implantes dentários disponíveis comercialmente no mundo [36].
A Figura 13 mostra uma foto com implante nas três formas básicas que constituem
os sistemas de implantes atuais.
Na Figura 14 são mostrados os implantes do sistema Brånemark, um dos
mais conhecidos e utilizados no mundo. Na Figura 15 é mostrado o sistema de
implantes IMZ. A grande diferença entre o implante IMZ e todos os outros sistemas
relevantes é o componente elástico inserido entre o implante e a superestrutura
protética. Na Figura 16 é mostrado o sistema de implantes desenvolvido pelo
International Team for Implantology (ITI), formado por três tipos de implantes: cilindro
oco, parafuso oco e parafuso sólido. Na Figura 17 é mostrado o sistema de
implantes Ha-Ti (Hand–Titanium), no formato de parafuso cônico autorosqueável.
29
Figura 13 Três tipos básicos de implantes. De cima para baixo: implantes do tipo
parafuso; implantes cilíndricos e implantes laminados. Fonte [36].
Figura 14 Sistema de implantes Brånemark. Fonte [36].
30
Figura 15 Sistema de implantes IMZ. Fonte [36].
Figura 16 Implantes do sistema ITI. Fonte [36].
Figura 17 Implantes do sistema Ha–Ti, de formato parafuso cônico autorosqueável.
Fonte [36].
31
2.2 Materiais para Implantes
Materiais para implantes são corpos estranhos colocados em contato com um
sistema biológico. Em 1986, a Sociedade Européia de Biomateriais definiu esse
termo da seguinte forma: “Biomateriais são materiais sem vida, usados para
aplicações médicas com o objetivo de obter uma reação (interação) com o sistema
biológico” [36]. Uma definição mais ampla, estabelecida pela American Society of
Metals (ASM), define biomateriais como “qualquer substância ou combinação de
substâncias (que não sejam drogas ou fármacos), de origem natural ou sintética, que
podem ser usadas por qualquer que seja o período de tempo, como parte ou como o
todo de sistemas que tratam, aumentam ou substituem quaisquer tecidos, órgãos ou
funções do corpo humano” [37].
Do ponto de vista imunológico, os biomateriais podem ser classificados em
quatro grupos: autólogos (materiais do mesmo organismo); homólogos (materiais de
outros indivíduos da mesma espécie); heterólogos (materiais de indivíduos de outras
espécies) e aloplásticos (substâncias estranhas) [36]. Na implantologia dentária são
usados exclusivamente os materiais aloplásticos. Os tipos básicos são os metais,
materiais cerâmicos e compostos poliméricos. Do ponto de vista científico, assim
como em relação à prática clínica, os metais ocupam claramente o primeiro plano na
implantologia osseointegrada. Atualmente, quase todos os implantes dentários são
fabricados de titânio puro ou ligas de titânio. Mais recentemente foram relatados
bons resultados experimentais com o uso de nióbio. A vantagem do uso de materiais
aloplásticos é de serem encontrados em disponibilidade praticamente ilimitada,
terem características de manipulação favoráveis, bem como a possibilidade de
desenvolvimento físico e químico adicional. Além disto, a padronização garante a
alta qualidade. A desvantagem desses materiais está relacionada à
biocompatibilidade [36].
O termo biocompatibilidade refere-se à habilidade de um material que, usado
em aplicações específicas, desempenha respostas teciduais adequadas aos
sistemas hospedeiros [39]. Um biomaterial implantado provocará reações fisiológicas
ao redor dos tecidos circunvizinhos. Essas interações não devem acarretar
alterações secundárias no organismo, ou instabilidade biológica do implante devido
32
à corrosão ou à dissolução e reabsorção (biodegradação) da sua superfície [36]. A
toxicidade de um material está associada aos produtos primários da biodegradação
(cátions e ânions simples e complexos), estando relacionada ao conteúdo dos
elementos tóxicos dos materiais, os quais podem ter um efeito modificador sobre o
índice de corrosão do material [41].
O requisito mais básico para todos os biomateriais é que não causem nenhum
dano local ou sistêmico, isto é, não devem ser tóxicos, carcinogênicos, alergênicos
ou mutagênicos. Em aplicações sangüíneas, também devem ser não-trombogênicos
[36, 38].
Com relação à sua funcionalidade, para que um material seja utilizado como
implante, é necessário que realize a função desejada com uma resposta apropriada
do hospedeiro. Existem certas dimensões anatomicamente determinadas para os
implantes osseointegrados. Todavia, os biomateriais devem apresentar resistência
mecânica adequada de modo a distribuir as forças no leito do implante. Ainda não é
possível afirmar com certeza o módulo de elasticidade que é mais favorável do ponto
de vista biomecânico, uma vez que este é dependente da aplicação. Convém
ressaltar que os implantes não devem ser excessivamente complexos, sob os
pontos de vista cirúrgico e protético, devem ser fáceis de serem removíveis (se
necessário) e esterilizáveis [36].
2.2.1 Titânio e suas ligas
Titânio e suas ligas têm sido amplamente utilizados em dispositivos e
componentes biomédicos, especialmente para reposição de tecidos duros (ossos
artificiais, próteses de quadril e de joelho, próteses dentárias, entre outras) e em
aplicações cardiovasculares e cardíacas (marca passos, válvulas cardíacas, stents),
devido suas notáveis propriedades, como módulo de elasticidade relativamente
baixo, boa resistência à fadiga, usinabilidade e conformabilidade, elevada resistência
à corrosão e biocompatibilidade [3,28,29, 38,41,42].
O elemento titânio foi descoberto na Inglaterra em 1790, pelo químico William
Gregor ao analisar uma amostra de areia da região do vale de Manaccan, na
Cornualha, mas só teve seu nome escolhido em 1795, por Klaproth, em homenagem
33
aos Titãs, os quais são mitologicamente conhecidos como sendo os primeiros filhos
da Terra [28]. Trata-se de um metal de transição do grupo IV e período 4, segundo a
tabela periódica dos elementos químicos proposta por Mendeleev. Por ser um
elemento de transição, apresenta na sua estrutura eletrônica a camada d
incompleta, o que lhe possibilita formar soluções sólidas com a maioria dos
elementos substitucionais [28,41,42].
As ligas de titânio podem ser classificadas como ligas do tipo α, quase-α, α+β,
β metaestável ou β estável, dependendo da microestrutura formada em temperatura
ambiente. Dessa forma, os elementos de liga adicionados ao titânio são
classificados em três categorias: (1) estabilizadores da fase α, como o alumínio,
oxigênio, nitrogênio e carbono, os quais formam solução sólida intersticial com o
titânio; (2) estabilizadores da fase β, como o molibdênio, vanádio, cromo, cobalto,
nióbio, tântalo (na forma isomorfa), ferro, tungstênio; (3) neutros, como o zircônio
[28,41,42].
As ligas do tipo α e quase-α apresentam maior resistência à corrosão que as
demais ligas, porém apresentam limitações quanto à resistência a baixas
temperaturas. As ligas do tipo α+β apresentam elevada resistência devido à
presença de ambas as fases. As ligas do tipo β apresentam características únicas
de baixo módulo de elasticidade e elevada resistência à corrosão [28,41,42]. O
titânio utilizado em implantes dentários é do tipo α.
Na sua forma elementar, titânio α, apresenta elevado ponto de fusão
(1668 °C) e apresenta seus átomos arranjados na estrutura cristalina hexagonal
compacta (h
cp
). Quando o titânio é aquecido à temperatura de 882,5 °C, ou superior,
sofre uma transição de fase, passando da estrutura hexagonal compacta para a
estrutura cúbica de corpo centrado (ccc) – titânio β [28,41,42]. Na Tabela 1 são
apresentadas algumas propriedades físicas básicas do titânio não ligado.
34
Tabela 1 Propriedades físicas do titânio no seu estado não ligado.
PROPRIEDADES VALORES
Número Atômico 22
Peso Atômico 47,90 g/mol
4,6832 ± 0,0004 Å
2,9504 ± 0,0004 Å
Estrutura Cristalina
Alfa (hexagonal compacta)
c
a
Beta (cúbica de corpo centrado)
A
3,28 ± 0,003 Å
Densidade 4,54 g/cm
3
Coeficiente de expansão térmica a 20 °C 8,4 × 10-6 K
-1
Condutividade térmica 19,2 W/mK
Temperatura de fusão 1668 °C
Temperatura de ebulição (estimada) 3260 °C
Temperatura de transição de fase 882,5 °C
Módulo de elasticidade 105 GPa
Tensão de escoamento 692 MPa
Tensão máxima (tensão de ruptura) 785 MPa
Fonte: [28]
O titânio comercialmente puro (CP–Ti) tem sido utilizado desde 1950, em
aplicações que requerem alta resistência mecânica, elevada resistência à corrosão,
boas maleabiilidade e soldabilidade. O CP–Ti pode ser classificado em quatro graus
diferentes, dependendo do teor de contaminantes presente em sua composição
química, como carbono, hidrogênio, ferro, nitrogênio e oxigênio. Algumas ligas de
CP–Ti podem incorporar pequenas quantidades de paládio (Ti 0,2 Pd) e níquel-
molibdênio (Ti 0,3 Mo 0,8 Ni), com o intuito de melhorar a resistência à corrosão e ou
a resistência mecânica [44]. Na Tabela 2 são mostrados os limites de teor de
contaminantes permitidos em cada grau de classificação.
35
Tabela 2 Classificação do titânio comercialmente puro de acordo com sua
composição química.
ELEMENTO LIMITES MÁXIMOS DE COMPOSIÇÃO (% fração de massa)
Grau 1 ELI Grau 1 Grau 2 Grau 3 Grau 4
Nitrogênio 0,012 0,03 0,03 0,05 0,05
Carbono 0,03 0,10/0,08
**
0,10/0,08
**
0,10/0,08
**
0,10/0,08
**
Hidrogênio 0,0125
*
0,0125
*
0,0125
*
0,0125
*
0,0125
*
Ferro 0,10 0,20 0,30 0,30 0,50
Oxigênio 0,10 0,18 0,25 0,35 0,40
Titânio Balanço Balanço Balanço Balanço Balanço
*
Exceto para tarugos, para os quais o teor máximo de hidrogênio deve ser de 0,0100% (fração de
massa), e para produtos planos, para os quais o teor máximo de hidrogênio deve ser de 0,015%
(fração de massa).
**
Valores de acordo com ASTM F 67 – 00.
Fonte: [45,46]
O grau ELI (do inglês Extra Low Interstitial) é referente à liga Ti-6Al-4V, sendo
um grau especialmente utilizado para aplicações cirúrgicas e que apresenta como
principais características de composição as baixas concentrações de oxigênio e ferro
(5,5 – 6,5 % de Al; 0,08 % de C; 0,25 % de Fe; 0,012 % de H; 0,05 % de N; 0,13 %
de O; 3,5 – 4,5 % de V) [44].
As propriedades mecânicas de resistência à tração, limite de escoamento e
percentagem de alongamento dos quatro tipos de titânios comercialmente puros
classificados na tabela acima, são mostradas na Tabela 3.
Como pode ser visto Tabela 3, o titânio grau 4 apresenta maior resistência
mecânica entre os quatro graus, mantendo a ductilidade e conformabilidade em
índices relativamente bons. Também apresenta excelente resistência à corrosão por
fadiga em soluções salinas; aumentos do teor ferro acarretam na diminuição da
resistência à corrosão [44].
36
Tabela 3 Propriedades mecânicas dos tipos de titânio comercialmente puro.
GRAU
RESISTÊNCIA
À TRAÇÃO
*
mín. (MPa)
LIMITE DE
ESCOAMENTO
mín. (MPa)
PERCENTAGEM DE
ALONGAMENTO
**
mín. (%)
REDUÇÃO
DE ÁREA
mín. (%)
1 240 170 24 30
2 345 275 20 30
3 450 380 18 30
4 550 483 15 25
* Requisitos de tração, escoamento e dobramento de chapas devem se aplicas para
materiais obtidos longitudinal e transversalmente à direção de laminação.
**
Comprimento de calibração = 5,65
0
S
ou 50 mm, onde S
0
é a área da seção transversal,
em milímetros quadrados.
Fonte: [46]
O titânio é um metal que em contato com o ar, sob temperaturas ambientes, e
em contato com fluidos corpóreos, sobre passivação. Essa reatividade é favorável
para dispositivos que serão implantados dentro de um organismo biológico, pois na
ausência de movimento interfacial ou condições ambientais adversas, essa condição
de passivação minimiza o fenômeno de biocorrosão [41], devido à estabilidade
química e a estrutura da camada de óxido de titânio formado, a qual é da ordem de
alguns nanometros de espessura [28].
A camada óxida é considerada protetora devido à taxa de oxidação diminuir
com o aumento da espessura da camada. O óxido cresce segundo uma reação
química, a qual é regida por dois processos eletroquímicos: um anódico, onde o
metal é convertido em cátions, gerando elétrons na interface metal/óxido; e um
catódico, onde o oxigênio é convertido em ânion, consumido os elétrons na interface
óxido/atmosfera. Para que uma nova camada oxida seja formada é necessário que
um ânion e um cátion se agrupem, difundindo-se através dos defeitos existentes na
camada óxida existente. Os defeitos presentes na estrutura eletrônica fornecem a
condutividade eletrônica necessária para o transporte de elétrons da interface
metal/óxido para a interface óxido/ar [47].
A composição química e a espessura da camada óxida do titânio
comercialmente puro usinado e polido foi caracterizada por Espectroscopia
Fotoeletrônica de Raio X (XPS), mostradas na Tabela 4.
37
Tabela 4 Composição típica e espessura da camada óxida da superfície do CP–Ti
usinado e mecanicamente polido.
ELEMENTO
POLIMENTO
MECÂNICO
(at %)
ADIÇÃO DE
SOLVENTE
ORGÂNICO (at %)
ADIÇÃO DE
PASSIVAÇÃO
POR HNO
3
(at %)
ADIÇÃO DE
PLASMA DE O
2
(at %)
Ti
14,8 ± 1,6 21,5 ± 1,1 26,1 ± 0,9 27,8 ± 0,8
O
46,8 ± 1,9 51,5 ± 2,0 54,4 ± 2,0 58,5 ± 1,5
C
30,9 ± 2,1 25,1 ± 2,2 19,0 ± 2,9 12,8 ± 1,8
N
0,6 ± 0,2 0,3 ± 0,1 0,5 ± 0,1 0,6 ± 0,2
Si
1,0 ± 0,4
Não detectado Não detectado Não detectado
Ca
0,9 ± 0,3 0,2 ± 0,1
Não detectado Não detectado
Pb
0,3 ± 0,2 0,3 ± 0,2
Não detectado Não detectado
Zn
0,7 ± 0,6 0,6 ± 0,3
Não detectado Não detectado
Cu
0,4 ± 0,1 0,5 ± 0,1
Não detectado Não detectado
Espessura da
camada óxida
4,3 ± 0,2 4,3 ± 0,2 4,3 ± 0,2 5,1 ± 0,1
Fonte: [28]
2.3 Tecido Ósseo e o Processo de Osseointegração
Primeiramente, convém frisar o significado do termo interface abordado neste
trabalho, o qual refere-se à interação existente entre a superfície do implante e os
tecidos orgânicos circundantes. Todos os tecidos vitais em contato com a superfície
dos implantes, calcificados ou não, têm merecido igual destaque nos estudos sobre
o processo da osseointegração [48].
O osso pode ser descrito em um complexo de atividades de três tipos de
células: os osteoblastos, osteoclastos e os osteocitos. Os osteoblastos são
responsáveis pela formação do novo tecido ósseo, enquanto que os osteoclastos
são responsáveis pela reabsorção óssea e os osteocitos são as células presentes
quando há completa formação óssea. O tecido ósseo é continuamente remodelado
através de uma seqüência complexa e ordenada de atividades de troca de tecido
primário pelo secundário, seguido de uma contínua renovação deste [49]
O osso compacto, formado por osso lamelar e composto, é constituído de
matriz inorgânica e matriz orgânica, a qual é composta de aproximadamente 40 %
do peso de colágeno, glicosaminoglicanos e proteínas adesivas. Nos componentes
38
inorgânicos, 40 % do peso são compostos de cristais de hidroxiapatita e cristais de
cálcio e fósforo [50-52]. Na Figura 18 é mostrado um corte transversal de uma
mandíbula de macaco indicando os padrões variáveis de ossos trabecular e cortical.
Figura 18 Secção transversal da mandíbula de um macaco mostrando padrões
variáveis de ossos trabecular e cortical: (1) trabécula fina; (2) trabécula grossa; (3)
compacto poroso e (4) compacto denso. Fonte [50].
A osseointegração requer a formação de um novo osso em volta do implante,
processo resultante da modelação e remodelação do tecido ósseo, cuja arquitetura
fundamental é uma distribuição de ossos mecanicamente eficiente: uma estrutura
óssea compacta (osso cortical), e a outra apresenta uma estrutura esponjosa (osso
trabecular). No entanto, a massa óssea é, na realidade, uma seqüência que inclui
trabéculas finas e grossas e compactas porosas e densas [50].
A modelagem é uma atividade específica da superfície (aposição ou
reabsorção), que produz uma alteração em cadeia no tamanho e ou formato do
osso; é um mecanismo fundamental do crescimento, da atrofia e da reorientação. A
remodelagem é definida como uma modificação ou reestruturação interna do osso
previamente existente, sendo um fenômeno que ocorre no nível do tecido. Inclui
todas as alterações localizadas nas trabéculas individuais: modificação, hipertrofia
ou reorientação.
As propriedades mecânicas do sistema osso/implante dependem fortemente
do fenômeno de interação na interface. Em particular, a rugosidade e a porosidade
39
da superfície do implante apresentam influência significativa no crescimento ósseo
[4,9,44,48]. Rugosidade e porosidade de cerca de 80 µm favorecem o crescimento
ósseo na superfície do implante, ao passo que alguns tipos de células são
diretamente influenciadas pelas características da estrutura da superfície, a qual
varia entre 1 – 10 µm [44]. Dessa forma, se faz necessário considerar as dinâmicas
que ocorrem na interface em diferentes níveis de dimensão, variando de milímetros
a ângstroms [53]. A Figura 19 mostra um diagrama contendo alguns dos
componentes mais importantes presentes na interface osso/implante a nível
molecular.
Figura 19 Diagrama contendo alguns dos componentes mais importantes presentes
na interface osso/implante em diferentes níveis de resolução. Fonte [53]
Feita a inserção do implante no leito ósseo, as primeiras reações químicas
entre a superfície estéril do implante e os tecidos orgânicos são reguladas pelos
40
fluidos teciduais. Imediatamente após esse contato, é formada na superfície do
implante uma camada de macromoléculas glicoproteicas e água, que será
determinante como parte do substrato necessário para adesão, proliferação,
diferenciação e síntese protéica de células de fenótipo osteoblástico. Em paralelo ao
processo de reparação do tecido ósseo necrótico remanescente no alvéolo cirúrgico
preparado, uma série de eventos bioquímicos é desencadeada, começando com
alteração do pH tecidual da região, em um primeiro momento, e culminando com a
liberação de proteínas e enzimas reguladoras do processo de divisão e
diferenciação celular, entre elas os fatores de crescimento e as citocinas [48].
Em uma segunda etapa, com a presença de tecido de granulação na região
entre a base óssea e o implante, inicia-se um processo de reparação tecidual muito
semelhante ao reparo ocorrido em fraturas ósseas, com a deposição de matriz
colágena não-calcificada e a conseqüente formação de matriz fibrosa. Cálcio,
fosfato, sódio, magnésio e vários outros componentes minerais do tecido ósseo de
origem sistêmica, se agregarão gradativamente a essa matriz fibrosa em sítios
específicos localizados entre as fibras colágenas, e serão os responsáveis pela
maturação estrutural do tecido ósseo [48].
Com o aumento gradual da incorporação de componentes inorgânicos à
matriz, uma terceira etapa do processo de osseointegração tem início, com o
modelamento e o posterior remodelamento dessa cobertura parcialmente
mineralizada em torno do implante [48]. Convém salientar que a interação dos
fatores mecânicos e metabólicos, no controle da remodelagem óssea adulta em
humanos, ainda não é bem compreendida. Apesar do motivo exato da resposta
sustentada da remodelagem não ser claro, o seu controle fisiológico parece
fortemente relacionado à distribuição da tensão mecânica concentrada no osso
adjacente à interface (osso/implante) [50].
Essa terceira etapa é regulada, dentre outros fatores, pela carga funcional
recebida e por aspectos sistêmicos do paciente. Os principais componentes
responsáveis por esse processo de “plastia” óssea nas regiões adjacentes ao
implante são as células que respondem pela formação (osteoblastos) e reabsorção
(osteoclastos) óssea. A matriz óssea formada após essa seqüência de eventos
celulares apresenta em torno de 20 % do seu peso líquido de água, 45 a 55 % de
componentes inorgânicos (cálcio, fosfato, sódio, magnésio, entre outros) e 25 a 35 %
41
de componentes orgânicos (colágeno, glicosaminoglicanas e proteoglicanas) [48]. A
Figura 20 ilustra o processo de evolução da cicatrização do tecido ósseo na interface
com o implante.
Figura 20 Visão geral do processo de evolução fisiológica da cicatrização óssea na
região em contato com o implante de acordo com o tempo. Fonte [53].
O diagrama mostrado na Figura 21 representa a biologia da osseointegração.
Em (1) é mostrado a região de contato entre a superfície do implante e o osso,
mostrando que o sítio ósseo nunca é perfeitamente congruente com o formato do
implante; (2) hematoma; (3) osso danificado por trauma mecânico e térmico; (4) osso
sadio; (5) implante. Durante o período de cicatrização, sem a presença de cargas
42
(mastigatórias), o hematoma é transformado em osso novo, pela formação de calo
ósseo. Em (6) é mostrado o osso danificado, o qual também cicatriza, passando por
revascularização, desmineralização e remineralização (7). Após o período inicial de
cicatrização, o tecido ósseo vital encontra-se em contato direto com o implante, sem
que haja um tecido intermediário. A região mais próxima ao implante sofre
remodelação óssea devido aplicação de cargas mastigatórias (8). Em casos de
insucesso do implante, um tecido não mineralizado, constituindo uma espécie de
pseudo-artrose, forma-se entre a superfície do implante e o osso (9). O
desenvolvimento desse tecido conectivo pode ser iniciado devido um trauma
excessivo na preparação do sítio ósseo, infecção, aplicação de cargas muito
precocemente, antes da formação da matriz mineralizada. Uma vez formado, esse
tecido conectivo pode apresentar certo grau de organização, mas não o suficiente
para garantir uma ancoragem do implante, devido sua pobre capacidade mecânica e
biológica. Obviamente, as condições otimizadas mostradas nas Figura 20 e Figura
21 são raramente encontradas na prática clínica [53].
Figura 21 Diagrama representativo da biologia da osseointegração. Fonte [53].
2.4 Relação entre Rugosidade Superficial e Osseointegração
A avaliação de um material para aplicações biomédicas pode ser realizada de
duas maneiras: estudos in vitro e estudos in vivo. Estudos in vitro são utilizados para
avaliar a bioatividade em líquidos que simulam os fluidos corpóreos e estudos em
cultura de células. Os estudos em culturas de células normalmente compreendem
testes de citotoxicidade, medições bioquímicas de atividade celular, avaliação de
proliferação, crescimento e morfologia celular (adesão, proliferação e diferenciação
de células ósseas tanto de origem animal ou humana) [38,44]. São testes
43
preliminares, uma vez que são menos onerosos para serem realizados (os
resultados são obtidos em poucos dias), se comparados com os estudos in vivo.
O emprego de culturas celulares tem sido amplamente utilizado em pesquisas
biomédicas objetivando avaliar os efeitos das características das superfícies dos
implantes sobre o comportamento das células osteoblásticas durante o processo de
osseointegração. Porém, estudos in vitro são, em geral, estáticos e não levam em
consideração a dinâmica do implante in vivo. Além disto
,
não são capazes de
reproduzir a biodiversidade na qual um implante fica sujeito quando inserido dentro
de um organismo vivo, tendendo avaliar a resposta de tipos simples de células,
geralmente linhagens transformadas. Assim sendo, as pesquisas in vitro servem
como um indicativo de comportamento celular e não devem ser consideradas como
a verdadeira resposta celular do organismo quando em contato com o implante,
devendo ser interpretadas com cautela [38,44].
Estudos in vivo são realizados com o intuito de se analisar as relações
existentes entre a histomorfometria e a fixação mecânica do implante. Parâmetros
como percentual de área do implante em contato com o novo osso formado em
diferentes tempos de cicatrização após implantação, e valores máximos de
resistência ao torque e tração mecânica durante a extração do implante têm sido
medidos [44].
Muitos pesquisadores relatam sobre a influência da rugosidade superficial de
implantes de titânio no aumento da osseointegração [1,9,13,17,18,27-30,32,41,44];
porém, ainda há controvérsias em como a otimização das propriedades da duperfície
do implante influenciam na cinética da osseointegração [11,24,29,48]. Estudos in
vitro e in vivo mostram que o titânio pode interagir com os tecidos vivos durante
vários anos. A modificação do óxido durante a exposição in vivo resulta no aumento
da densidade da camada de óxido de titânio em até 200 nm [41].
As seções seguintes têm por objetivo mencionar alguns trabalhos realizados
na área de tratamentos de superfície de implantes com o intuito de relacionar as
variações das propriedades da superfície com a resposta óssea.
44
2.4.1 Pesquisas feitas in vitro
Lausmaa (1996) mostrou que as propriedades das superfícies óxidas de
implantes de titânio comercialmente puro preparadas por diferentes métodos
apresentam variações estruturais e químicas, resultando em propriedades bastante
diferentes, o que enfatiza a necessidade de caracterização da superfície os
implantes [7].
Deligianni et al (2000) mostraram que com o aumento da rugosidade
superficial da liga Ti-6Al-4V a adesão e proliferação celular aumentam. Segundo os
pesquisadores, as células osteoblásticas inicialmente respondem de forma diferente
na superfície rugosa do titânio, sendo que a medula óssea humana pode detectar
variações de medidas de rugosidade da ordem de 0,60 µm, retendo uma quantidade
muito maior de proteínas que a superfície lisa [11].
Park et al (2001), demonstraram que diferentes graus de aglomeração de
células vermelhas sanguíneas e, consequentemente, diferentes respostas
osteogênicas, podem ocorrer em implantes de titânio devido a diferenças na
interação sangue/implante, causadas pelas diferentes microestruturas das
superfícies dos implantes [54].
Li et al (2001), avaliaram os efeitos do jateamento de partículas de na
topografia físico-química da superfície de cilindros de titânio. Segundo os autores,
os implantes com superfície jateada apresentaram maior taxa de corrosão devido ao
formato pontiagudo dos picos formados e a presença de contaminação por
partículas de Al
2
O
3
. A taxa de corrosão para os implantes jateados seguido de
ataque ácido foi drasticamente menor do que para os demais grupos, devido ao fato
da superfície ser mais regular, com picos arredondados, e sem a presença de
partículas de contaminantes cravadas na superfície [27].
Em estudos realizados por Rosa e Beloti (2003), a adesão celular não foi
afetada pela rugosidade superficial, mas superfícies com rugosidade entre 0,80 e
1,90 µm apresentaram proliferação celular reduzida, ao passo que o teor de proteína
total e atividade de fosfatase alcalina foram aumentadas. Houve um aumento
estatisticamente não-significante na formação de nódulos de matriz mineralizadora
sobre superfícies com rugosidade próxima de 0,80 µm. Segundo os autores, esses
45
resultados sugerem que para o titânio comercialmente puro, uma rugosidade
variando entre 0,80 e 1,90 µm otimizaria respostas celulares intermediárias e finais,
mas não afetaria respostas iniciais, e que superfícies lisas não favorecem nenhuma
das respostas avaliadas [55].
2.4.2 Pesquisas feitas in vivo
Wennerberg et al (1996), estudaram a resposta biológica do efeito do
jateamento com partículas de Al
2
O
3
e TiO
2
na superfície de implantes de titânio
comercialmente puro inseridos em coelhos. As análises histomorfométricas
indicaram não haver diferenças estatísticas entre os implantes jateados com
partículas de TiO
2
e Al
2
O
3
(25 µm) quando medidas a porcentagem de contato
osso/implante. A análise feita entre os implantes usinados e os jateados com Al
2
O
3
(75 µm) mostrou haver diferença significativa entre a porcentagem de osso em
contato com a interface osso/implante [56].
Em seus estudos, Larsson et al (1995) mostraram que um elevado grau de
contato e formação óssea foi atingido em implantes com diferentes espessuras da
camada óxida. Contudo, os resultados dos implantes com superfície eletropolida
indicaram que uma redução da rugosidade superficial diminui a taxa de formação
óssea, o que sugere que esse tipo de superfície (lisa com fina camada de óxido)
influencia negativamente a taxa de crescimento de osso novo nas primeiras
semanas após a inserção. Após 12 semanas, contudo, nenhuma diferença foi
detectada, embora houvesse uma tendência a uma maior formação óssea ao redor
dos implantes com camadas óxidas finas. [18].
Lopes e Júnior (2001), realizaram um estudo sobre a resposta do tecido
ósseo ao implante de titânio após o período de oito semanas implantados em tíbias
de coelhos. As análises histológicas mostraram que houve um processo de
remodelamento na interface implante/tecido ósseo cortical, e uma grande
quantidade de formação óssea na interface osso/implante foi detectada [57].
Cho e Park (2003) avaliaram as diferenças entre implantes de superfície
usinada e implantes de superfície com duplo ataque ácido, através do torque de
remoção. As análises mostraram haver diferenças entre as superfícies dos implantes
46
tratados com duplo ataque ácido, apresentando uma distribuição de pequenos picos
e vales (1 – 2 µm), ao passo que as superfícies dos implantes usinados
apresentaram superfície com ranhuras. O estudo indica que implantes tratados
superficialmente com ácido apresentaram maior resistência ao torque que implantes
usinados. Indica, também, que há pouca correlação entre o torque de remoção e a
diferença na concentração de ácido fluorídrico na qual foi exposto o implante. O
aumento dos valores de resistência ao torque pode ser interpretado como sendo um
aumento do contato osso/implante, o que leva a um aumento da força de
osseointegração [23].
Rønold, Lyngstadaas e Ellingsen (2003) estudaram o efeito a rugosidade
superficial na adesão óssea de implantes de titânio na forma de cilindros jateados
com partículas de TiO
2
e tratados com ácido clorídrico, através de ensaio de tração
mecânica. Segundo os autores, os resultados encontrados indicam que o aumento
da rugosidade superficial do implante não resulta sempre em um aumento da
adesão óssea, e que estas observações podem indicar que o ancoramento
mecânico do implante ao osso exerce um papel mais importante que possíveis
ligações químicas entre a superfície do implante e o osso [32].
Müller et al (2005) realizaram estudo para avaliar a elasticidade óssea e a
tensão de fratura da interface osso/implante em amostras cilíndricas de Ti-6Al-4V
texturizadas superficialmente e implantadas em tíbias de coelhos. Os resultados
obtidos não evidenciaram diferenças significantes entre os tipos de implantes.
Segundo os autores, o estudo feito não foi suficiente para provar uma associação
entre o módulo de cisalhamento e a tensão de fratura; e os diferentes valores de
resistência obtidos não refletem, automaticamente, diferentes qualidades de ossos,
mas refletem diretamente os aspectos qualitativos do contato osso/implante ou o
volume do osso crescido na região dos poros do implante [30].
2.5 Tratamentos de Superfície
Atualmente, sabe-se que as técnicas de tratamento superficial podem
influenciar várias etapas do processo de desenvolvimento e estabelecimento da
osseointegração, tanto na diferenciação das células presentes na interface osso-
47
implante, como no tipo de osteogênese e na quantidade de matriz óssea calcificada
depositada na superfície do implante [48].
Em implantes de titânio os procedimentos usuais de fabricação geram uma
camada superficial não uniforme, oxidada e contaminada, a qual se encontra,
geralmente, deformada plasticamente e com tensões internas. Essa superfície
“nativa” não é apropriada para aplicações biomédicas, havendo a necessidade de
realização de algum tipo de tratamento superficial para melhorar suas propriedades.
De acordo com as diferentes necessidades clínicas, diversas modificações de
superfície têm sido propostas, como é mostrado na tabela abaixo. Esses métodos de
modificação são classificados em mecânicos, químicos e físicos, segundo o
mecanismo de formação da camada formada na superfície do material [28]. Na
Tabela 5 é mostrada uma visão geral dos tratamentos de superfície realizados em
titânio e suas ligas de acordo com os propósitos clínicos necessários.
48
Tabela 5 Visão geral das modificações de superfície feitas em implantes de titânio e
suas ligas.
MÉTODOS DE
MODIFICAÇÃO
SUPERFICIAL
CAMADA
MODIFICADA
OBJETIVOS
Métodos Mecânicos
Usinagem
Polimento
Jateamento de
Partículas
Abrasão
Métodos Químicos
Tratamentos Químicos
Ataque Ácido
Alcalino
Peróxido de
Hidrogênio
Sol-gel
Oxidação Anódica
CVD
Métodos Físicos
Aspersão Térmica
Flame Spray
Plasma Spray
HVOF
DGUN
PVD
Evaporação
Íon Plating
Sputtering
Implantação Iônica e
deposição
Beam-line íon
implantation
PIII
Tratamentos com
descarga de Plasma
Superfície lisa ou rugosa
formada por processos de
subtração
< 10 nm de camada óxida
~1 µm de titanato de sódio gel
~5 nm de camada óxida inerte
densa e camada exterior
porosa
~ 10 µm de filme fino, como
fostato de cálcio e TiO2
~ 10 nm a 40 µm de camada
de TiO2, adsorção e
incorporação de ânions
eletrolíticos
~1 µm de filmes finos de TiN,
TiC, TiCN, diamante,
diamante-carbono
~ 30 a ~ 200 µm de
recobrimento como Ti, HA,
silicato de cálcio, Al2O3,
ZrO2, TiO2
~ 1 µm de filmes finos de TiN,
TiC, TiCN, diamante,
diamante-carbono
~ 10 nm de camada da
superfície modificada e ou µm
de filmes finos
~ 1 a 100 nm de camada da
superfície modificada
Produzir topografias superficiais específicas;
superfície limpa e rugosa; melhorar a adesão osso-
implante.
Remover camadas óxidas e contaminações;
melhorar a biocompatibilidade, bioatividade ou
condutividade óssea.
Melhorar a biocompatibilidade, bioatividade ou
condutividade óssea.
Melhorar a biocompatibilidade, bioatividade ou
condutividade óssea.
Produzir topografia específica; melhorar a
resistência à corrosão; melhorar a
biocompatibilidade, bioatividade ou
condutividade óssea.
Melhorar a resistência à abrasão e à corrosão e
compatibilidade sangüínea.
Melhorar a resistência à abrasão e à corrosão e
propriedades biológicas.
Melhorar a resistência à abrasão e à corrosão e
compatibilidade sangüínea.
Modificar a composição superficial; melhorar a
resistência à abrasão e à corrosão e
biocompatibilidade.
Limpeza, esterelização, oxidação, nitretação da
superfície; remover camada oxida nativa.
Fonte:Adaptada de [28].
49
2.5.1 Jateamento de Partículas
O jateamento de partículas é uma técnica simples, de baixo custo, que, como
o próprio nome sugere, consiste em aspergir partículas de um determinado material,
geralmente óxidos, sobre a superfície do implante, resultando em cavitações ou
ranhuras irregulares de profundidade maior do que em outras técnicas por
subtração, chamadas macro-retenções [44,48]. As partículas são projetadas com
elevada velocidade e pressão para o bocal de uma pistola por meio de ar
comprimido. A energia do impacto das partículas causa deformação plástica na
superfície do implante, aumentando a sua rugosidade superficial [44]. Devido essa
deformação, o jateamento acarreta na formação de uma região contendo tensões
residuais compressivas. Assim sendo, será esperado um aumento da dureza
superficial dos implantes, acarretando em um aumento das suas resistências à
fadiga e à corrosão, o que ajuda a melhorar a vida útil do implante [13,44]. Do ponto
de vista mecânico, também confere melhora no acabamento superficial do implante
pela eliminação de pequenos defeitos gerados na usinagem, como trincas e
saliências [44].
Dependendo da granulometria das partículas, podem ser produzidos
diferentes graus de rugosidade nos implantes, podendo variar entre 20 a 40 µm
[4,29]. O material abrasivo deve ser quimicamente estável, biocompatível e não
podem impedir o processo de osseointegração dos implantes [13,29]. Muitos
materiais cerâmicos têm sido utilizados, como alumina (Al
2
O
3
), óxido de titânio e
partículas de fosfato de cálcio. O jateamento feito com alumina é bastante utilizado,
porém, é comum ocorrer contaminações de partículas de alumina na superfície do
implante, mesmo após limpeza ultrasônica, passivação ácida e esterilização, uma
vez que a alumina é insolúvel em ácido, o que torna difícil sua remoção da
superfície. Em alguns casos, essas partículas são liberadas quando em contato com
os tecidos biológicos que circundam o implante, interferindo no processo de
osseointegração, podendo, inclusive, reduzir a resistência à corrosão do material
devido esta heterogeneidade química em sua superfície [29].
As partículas de fosfato de cálcio, como hidroxiapatita e β-TCP (beta tri-cálcio
fosfato), por serem biocompatíveis e osseocondutivas, também são bastante
utilizados nessa técnica de tratamento superficial. Estudos experimentais indicam
50
haver uma maior área de contato osso/implante em superfícies tratadas com essas
partículas, quando comparadas com superfícies lisas [29].
2.5.2 Ataque Ácido
Na técnica de ataque ácido, os implantes metálicos usinados são imersos em
um ácido, na sua forma pura, ou em solução, e mantidos por um intervalo de tempo
determinado, criando-se pequenas rugosidades ou retenções nas superfícies. O
tempo de aplicação do ácido e sua temperatura, juntamente com a concentração,
determinarão a profundidade das rugosidades criadas; porém, em comparação com
as rugosidades formadas pela técnica de jateamento, são de profundidade menor,
sendo chamadas de micro-retenções, as quais podem medir de 0,5 a 3 µm
[4,29,48].
Um pré-tratamento ácido é frequentemente utilizado para a remoção de
óxidos e contaminantes, com o intuito de se obter uma superfície limpa e uniforme.
Para isto, recomenda-se utilizar uma combinação de ácidos composta de 10-30 %
(em volume) de HNO3 e 1-3 % (em volume) de HF em água destilada [28]. Esse
duplo ataque ácido proporciona a formação de uma topografia específica, capaz de
fixar estruturas de fibrina, promovendo a adesão de células osteogênicas e, assim,
promover a aposição óssea [29].
Recentemente, os métodos de ataque ácido têm sido melhorados com o
intuito de aumentar a adesão celular e a formação óssea na superfície dos
implantes. Um exemplo são os ataques ácidos realizados em temperaturas
elevadas, os quais são capazes de gerar uma superfície com microporos
homogêneos, resultando em uma elevada área de contato implante/osso [29].
O ataque ácido geralmente acarreta na formação de uma fina camada óxida
(< 10 nm) na superfície do titânio. Essa camada óxida, quando em contato com o ar,
aumenta sua espessura de maneira bastante lenta, de ~ 3 para ~ 6 nm em um
período de 400 dias. O óxido é predominantemente TiO
2
, mas resíduos oriundos do
ataque ácido podem ser observados, particularmente compostos químicos contendo
flúor [28].
51
Não obstante, tratamentos químicos podem reduzir as propriedades
mecânicas do titânio. O ataque ácido pode acarretar em uma fragilização do titânio,
causado pela incorporação de hidrogênio ao material, resultante das reações do
ácido fluorídrico com o óxido de titânio, resultando em micro trincas na sua
superfície, as quais podem reduzir a resistência à fadiga do implante [28,29]. De
fato, estudos experimentais reportaram a absorção de hidrogênio pelo titânio quando
colocado em ambiente biológico. Essa fragilização do titânio por hidrogênio também
está associada com a formação de uma fase híbrida, a qual se comporta de maneira
frágil, acarretando em uma redução da ductilidade do titânio. Esse fenômeno está
relacionado com a ocorrência de mecanismos de fratura em implantes dentários [29].
A presença de 30 – 40 ppm de hidrogênio no titânio torna-o muito frágil [44].
Atualmente, muitos fabricantes utilizam o ataque ácido em combinação com
outra técnica de tratamento superficial, para obtenção de implantes com superfícies
híbridas, possuindo características simultâneas de macro e micro-retenção
[15,28,29,48].
2.5.3 Anodização e Passivação
O tratamento de passivação eletroquímica das superfícies de titânio e de suas
ligas, também denominado tratamento anódico ou anodização, consiste na
formação, sob condições controladas, de um revestimento contínuo, liso e aderente
de óxido sobre a superfície do metal de base [58]. Esse processo se resume,
basicamente, na imersão de peças metálicas em soluções químicas de ácidos fortes
(H
2
SO
4
, H
3
PO
4
, HNO
3
, HF), ou em meio alcalino, controlando-se a temperatura e o
potencial (e ou a corrente aplicada). A densidade de corrente ou o potencial
aplicados são bastante elevados (200 A/m
2
ou 100 V, respectivamente). O objetivo é
fazer com que a película de óxido cresça e aumente a resistência à corrosão do
material; além disto, promove o endurecimento superficial do metal e melhora sua
resistência ao desgaste [29].
Quando ácidos fortes são utilizados em uma solução eletrolítica, a camada
óxida será dissolvida ao longo das linhas de convecção da corrente, sendo
novamente formadas em outras regiões do material. Essa dissolução acarreta na
52
formação de micro e nano poros na superfície do titânio. Dessa maneira, o processo
de anodização modifica a microestrutura e cristalinidade da camada óxida do titânio.
Trata-se de um processo bastante complexo, dependente de muitos
parâmetros como densidade de corrente, concentração dos ácidos, composição e
temperatura do eletrólito. A camada óxida formada por este processo é da ordem de
1000 nm, podendo ser densa ou porosa, cristalina ou amorfa, de acordo com os
parâmetros do processo [29].
O processo de passivação pode utilizar ácido nítrico para eliminar
contaminações metálicas da superfície do titânio, o que, praticamente, não influencia
na superfície do implante como um todo. Com isto, tem-se a formação de uma
camada óxida de TiO
2
com espessura variando entre 2 – 6 nm [59].
Dentre os processos de passivação eletroquímica das superfícies de titânio e
de suas ligas, inclui-se o de eletrocoloração, que possibilita a obtenção de uma
grande variedade de cores da superfície tratada, associada à espessura da camada
de óxido formada. Nesse caso, a camada é um revestimento muito fino e
transparente cuja espessura estabelece uma determinada coloração como
conseqüência do fenômeno de interferência sobre a luz refletida. Como a coloração
é oriunda de um processo de interferência, sem a presença de pigmentos ou
corantes, não se alteram as características de biocompatibilidade e a propriedade
hipoalergênica do material de base. A diferença de potencial aplicada ao processo
controla a espessura da camada de óxido e, conseqüentemente, a cor resultante.
Embora as camadas de óxido sejam tão duras quanto as partes de titânio em si, tais
revestimentos não apresentam uma excelente resistência à abrasão, em virtude da
baixa espessura da camada que estabelece a coloração, na faixa de 50 – 100 nm,
porém possibilitam a identificação visual dos produtos, especialmente nos casos de
associações dimensionais de sistemas multicomponentes [58].
2.6 Técnicas de Caracterização
A análise microestrutural de um material é muito importante para se entender
as correlações existentes entre a microestrutura, os defeitos e as propriedades dos
53
mesmos. Uma vez entendidas, é possível prever algumas propriedades do material
estudado.
As propriedades das superfícies óxidas de implantes de titânio
comercialmente puro preparadas por diferentes métodos apresentam variações
estruturais e químicas, resultando em propriedades bastante diferentes, o que
enfatiza a necessidade de caracterização da superfície dos implantes [1]. Assim
sendo, o objetivo desta seção é descrever as técnicas de caracterização utilizadas
neste trabalho, fazendo referência ao princípio de funcionamento de cada uma e
justificando seu emprego.
2.6.1 Microscopia Eletrônica de Varredura e Espectroscopia de Energia
Dispersa
Na microscopia eletrônica de varredura, o feixe de elétrons que incidirá com a
amostra é gerado por um filamento aquecido em alto vácuo. Os elétrons são
acelerados e focalizados em um ponto da amostra e, subseqüentemente, o feixe
varre toda a sua superfície. A interação do feixe de elétrons com a superfície da
amostra resulta em uma série de radiações emitidas, como elétrons secundários,
elétrons retroespalhados, raios X característicos, elétrons Auger, fótons, entre
outras. À medida que o feixe de elétrons varre a superfície da amostra, os sinais vão
sofrendo modificações de acordo com as variações da superfície. Os sinais de maior
interesse para a formação da imagem no MEV são os elétrons secundários e os
retroespalhados. Os elétrons secundários fornecem sinais referentes à imagem
topográfica da superfície da amostra, sendo responsáveis pela obtenção das
imagens de alta resolução, já os elétrons retroespalhados fornecem sinais referentes
à imagem característica de variação de composição [60].
Um sistema de EDS consiste em uma fonte de elétrons, um detector de
estado sólido – normalmente um diodo feito de cristal de silício dopado com lítio – e
um processador eletrônico de sinais. A técnica de caracterização baseia-se na
emissão de raios X pela interação de um elétron incidente com uma amostra.
Quando um feixe de elétrons incide com uma amostra, esta emitirá raios X
característicos, próprios de cada material. Com isto é possível obter informações
54
qualitativas e quantitativas da composição da amostra na região submicrométrica de
incidência do feixe de elétrons. Esse tipo de técnica é de uso limitado para materiais
mais pesados, sendo que em materiais leves, com número atômico menor que 4
(berílio), só são detectados se estiverem presente na amostra em grande
quantidade, caso contrário a precisão nos resultados obtidos é muito pequena [60].
2.6.2 Espectroscopia por Fluorescência de Raios X
A técnica de espectrometria por fluorescência de raios X é um método não
destrutivo para análise da constituição química de sólidos e líquidos. Consiste
basicamente em irradiar uma superfície com um feixe de raios X, que irá interagir
com a amostra excitando seus átomos constituintes, os quais tendem a ejetar os
elétrons do interior dos níveis atômicos e, em conseqüência, elétrons dos níveis
mais afastados realizam um salto quântico para preencher a lacuna gerada. Essa
transição eletrônica, que constitui uma perda de energia para o elétron, é emitida na
forma de um fóton de raio X, cuja energia é característica e bem definida para cada
elemento. Com isto, obtém-se a caracterização qualitativa e quantitativa dos
elementos que constituem a amostra. A profundidade de penetração do raio X
incidente na amostra é, normalmente, da ordem de alguns mm, dependendo da
densidade da mesma. Através dessa técnica é possível obter um perfil de elementos
profundos, de acordo com o ângulo de incidência do feixe; análise do estado
químico, de acordo com os picos de raios X obtidos; e análises quantitativas, pela
distribuição das intensidades espectrais dos raios X. Todos os elementos podem ser
analisados por XRF, exceto materiais com elementos de número atômico menores
que três (H, He e Li) [60].
Ao contrário da técnica de EDS, que utiliza um detector de estado sólido com
analisador multicanal para detectar simultaneamente as energias dos raios X
emitidos pela amostra, na técnica de XRF, pelo método de dispersão de
comprimento de onda, pode-se analisar separadamente os raios X emitidos através
de cristais monocromadores. Isto torna a técnica de XRF uma ordem de grandeza
mais precisa em comparação com a técnica de EDS [60]. A Figura 22 mostra uma
comparação dos espectros obtidos para uma amostra de BaTiO
3
analisada por EDS
e por XRF, onde podem ser observadas as sobreposições do pico K
α
do titânio com
55
o pico L
α
do bário, e do pico L
β
1 do bário com o pico K
β
do titânio, na análise feita
por EDS, devido a limitações do detector utilizado na técnica.
Figura 22 Espectros sobrepostos de BaTiO
3
obtidos por EDS (seta preta) e
XRF(seta azul). Fonte [60].
2.6.3 Rugosimetria
A medida de rugosidade superficial pode ser analisada de diferentes formas,
sendo que o método mais utilizado avalia o perfil ao longo de uma linha através do
traçado de uma ponteira na superfície do material, resultando em um valor de
rugosidade calculado de acordo com as ondulações presentes neste perfil. Assim
sendo, a rugosidade superficial pode ser expressa de várias formas, mas deve-se
ressaltar que os resultados obtidos não são muito informativos sobre a textura da
amostra, uma vez que superfícies de aspecto muito diferentes podem ter o mesmo
valor de rugosidade média (R
a
).
A rugosidade R
a
, amplamente utilizada em pesquisas e trabalhos científicos, é
uma média aritmética determinada pela soma dos valores absolutos das oscilações
em relação à linha média, dividida pelo número de oscilações encontradas. Convém
ressaltar que os resultados obtidos dependem não só da amostra e do material que
a constitui, mas, também, de fatores do próprio equipamento, como ponteira,
sensores de medição e filtros utilizados.
56
A medida da rugosidade R
a
é regida pela norma ABNT NBR ISO 4287
(Especificações geométricas do produto (GPS) - Rugosidade: Método do perfil -
Termos, definições e parâmetros da rugosidade).
2.6.4 Ensaio de Resistência à Corrosão
Um sistema corrosivo é regido por um par de reações espontâneas que
ocorrem na interface entre o metal e o meio aquoso. Uma delas é a reação na qual
às espécies químicas do meio aquoso removem elétrons do metal; a outra é a
reação onde os átomos da superfície metálica são deslocados para preencher a
deficiência eletrônica gerada. A troca de elétrons entre as duas reações gera uma
corrente elétrica na superfície do metal, resultando em um potencial elétrico imposto
na sua superfície, cujo valor é correspondente a demanda de elétrons necessária
para que as duas equações sejam balanceadas [47].
A corrosão é um fenômeno que ocorre com diversos materiais em meios
agressivos. No caso de biomateriais metálicos utilizados em implantodontia essa
questão é importante, uma vez que os implantes inseridos na cavidade bucal estão
sujeitos a ações de eletrólitos e compostos oxigenados, como por exemplo, saliva e
sangue. Adicionalmente, o pH pode variar significativamente nas áreas sob as
placas bacterianas e dentro da cavidade bucal, aumentando a variação de pH à qual
os implantes são expostos, comparado com locais específicos do tecido [41].
O ensaio de resistência à corrosão, realizado de acordo com as
recomendações contidas na ASTM F 746 – Standard Test Method for Pitting or
Crevice Corrosion of Metallic Surgical Implant Materials – é utilizado para avaliar a
resistência à corrosão por pites ou fendas de materiais para uso em implantes. O
objetivo do teste é verificar o potencial crítico de corrosão (E
crítico
) no qual não ocorra
mais a repassivação da superfície analisada. É importante ressaltar que esse teste é
utilizado somente para determinar índices comparativos de desempenho, sendo
intencionalmente designado para atingir condições severas o suficiente para causar
corrosão de uma liga de aço inoxidável (316 L), largamente aplicada para uso em
implantes [61]. Isto por que, diferentemente de muitos outros materiais, o titânio e
suas ligas, quando em contato com fluídos corpóreos com pH aproximadamente
57
neutro (pH = 7), apresentam taxas de corrosão extremamente lentas, as quais são
difíceis de serem medidas experimentalmente [28].
Para estas análises são utilizadas células específicas para voltametria, onde o
eletrodo de calomelano saturado (SCE – do inglês Satured Calomelan Electrode) é
tomado como eletrodo de referência, ficando separado da câmera da amostra por
meio de um capilar de Luggin, e o eletrodo de platina é o responsável pela coleta
dos elétrons liberados e fica separado da câmera da amostra por um filtro de
cerâmica, a fim de evitar contaminação com íons metálicos.
De acordo com a norma, o meio (eletrólito) utilizado para a realização do
ensaio é uma solução aquosa de NaCl - 0,9 %. Primeiramente deve-se medir a
diferença de potencial entre o calomelano e o eletrodo da amostra no momento em
que esta é colocada na célula de ensaio. Depois, deixa-se o potencial aberto (sem
aplicação de d.d.p.) e, após uma hora, mede-se novamente a tensão, cujo valor é
denominado potencial de repouso (E
0
). Depois disto, aplica-se um potencial de
+ 0,8 V, para iniciar a corrosão da amostra. Estas medidas devem ser realizadas
durante 20 s. Se durante esse período a densidade de corrente não exceder o valor
de 500 µA/cm
2
, o ensaio continua por mais 900 s. Não havendo corrosão da
amostra, o ensaio é finalizado. Desta forma, considera-se que o material apresenta
uma alta resistência à corrosão, e o E
crítico
como sendo maior que + 0,8 V. Se a
densidade de corrente exceder o valor citado anteriormente, ao se aplicar uma
tensão de + 0,8 V, o teste deve ser abortado e o próximo potencial a ser aplicado
deve ser o de repouso. A partir desse ponto, se a densidade de corrente não
exceder o valor limite, o potencial deve ser aumentado em taxas de tensão definidas
em relação ao E
o
. O teste é encerrado quando se verificar novamente um potencial
em que a superfície da amostra não repassiva, sendo este valor considerado como
E
crítico
[61].
2.6.5 Ensaio de Resistência à Tração Mecânica (Pull out)
Um ensaio de resistência à tração mecânica consiste em submeter um
material a um esforço de tração que tende a alongá-lo, geralmente até sua ruptura
(tensão máxima de ruptura), com o propósito de determinar uma ou mais de suas
58
propriedades mecânicas. Esse ensaio deve ser realizado à temperatura ambiente,
entre 10 e 35 °C [62]. Através do ensaio de tração, obtém-se a relação da tensão
aplicada com a deformação do material [62].
Como já mencionado anteriormente, o teste de pull out foi efetuado para
avaliar a osseintegração dos implantes através da associação com a tensão
necessária para arrancar o implante do osso. Como resultado, pode-se calcular o
grau de adesão osso/implante através da fórmula
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
2
m
N
Área
F
máxima
. A Figura 23 ilustra
uma curva de tensão – deformação resultante do ensaio de pull out realizado em um
implante de titânio comercialmente puro no formato cilíndrico, inserido em tíbia de
ovelha.
0,0 0,3 0,6 0,9 1,2 1,5
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Força [N]
Deformação [mm]
Força Máxima
(deadesão)
Figura 23 Curva tensão – deformação de um implante de titânio inserido em tíbia de
ovelha obtida em um ensaio de pull out.
O ensaio de pull out fornece resultados mais precisos para a avaliação do
tratamento superficial em testes in vivo, em comparação com os testes mecânicos
usualmente empregados, como contra-torque e torque de remoção, uma vez que a
força de ligação química entre o osso e o implante pode ser medida diretamente,
minimizando os efeitos de fricção e de forças mecânicas (como forças de
cisalhamento e retenção mecânica) introduzidas pelo formato do implante e por sua
rugosidade superficial [31].
O ensaio foi realizado segundo as recomendações da norma ASTM C 633, a
qual é utilizada para se determinar o grau de adesão (força de ligação) de uma
59
camada de recobrimento a um substrato. Nesse ensaio aplica-se uma carga trativa
variável uniformemente com o tempo, normal ao plano da camada de recobrimento.
A taxa de carga utilizada pode variar de 0,78 a 1,26 mm/min. A amostra deve estar
bem alinhada em relação ao eixo de aplicação de carga, para garantir que haja
forças atuando apenas na direção vertical, evitando que ocorra a geração de forças
laterais [63].
60
3 METODOLOGIA
Nesta pesquisa foram respeitados os princípios éticos da experimentação
animal, bem como as normas para prática didático-científica de vivisseção dos
mesmos, de acordo com a Lei 6.638/79 (Anexo A), e seu projeto foi avaliado foi
avaliado e aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa (CEP) da Pontifícia
Universidade Católica do Rio Grande do Sul, sob protocolo de número 06/03548
(Anexo B).
3.1 Modelo Animal
Como modelo animal foi adotado a ovelha devido a maior quantidade de
massa óssea e similaridade do seu metabolismo com o do ser humano. Os ovinos
foram submetidos a controle de ectoparasitas e endoparasitas antes de constituírem
a população desta pesquisa. Exames parasitológicos periódicos foram realizados
com o intuito de se excluir espécimes que apresentarem evidências de infestação.
Desta forma, foram selecionadas seis ovelhas adultas, fêmeas e clinicamente
sadias, as quais foram mantidas no Biotério do Hospital Veterinário na Universidade
Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS –, sob cuidados técnicos do Médico
Veterinário Prof. Dr. Marcelo Meller Alievi (CRMV-RS 06461VP). Os animais
utilizados foram criados pelo método Ran Rotacional, de criação heterogênica, e
mantidos em condições sanitárias de biotério convencional.
Os animais foram divididos em dois grupos de três ovelhas cada, distribuídas
aleatoriamente, sendo diferenciados de acordo com os períodos pós-cirúrgicos. No
Grupo 1, os animais foram submetidos à morte 30 dias após a cirurgia, e no Grupo
2, após 60 dias.
61
3.2 População e Amostra
Para a realização deste trabalho foram projetados implantes de titânio na
forma de cilindro, especialmente desenhados para permitir a implantação em
ovelhas adultas resultando em boa estatística de amostragem com o menor número
possível de cobaias.
Os implantes foram fabricados em titânio comercialmente puro, grau de
pureza 4, medindo 4 mm de espessura (altura) e 6 mm de diâmetro, com um furo
passante central M3, conforme ilustrado na Figura 24 (o projeto dos cilindros pode
ser visto no Anexo B). O processo de fabricação do implantes não foi acompanhado,
uma vez que estes foram fornecidos prontos pela empresa nacional NEODENT
®
, de
acordo com a forma e dimensões propostas no projeto.
Figura 24 Em (a): ilustração do implante no formato de cilindro. Em (b): implantes
fornecidos pela empresa, embalados e esterilizados.
Para esta pesquisa, foram fabricados 175 cilindros de titânio, os quais foram
separados em sete grupos com 25 cilindros cada, sendo que cada grupo recebeu
um tipo de tratamento superficial, conforme é mostrado na Tabela 6.
(a)
(b)
62
Tabela 6 Classificação dos grupos de implantes de acordo com o tratamento
superficial utilizado.
GRUPO TRATAMENTO SUPERFICIAL RECEBIDO
A – controle apenas usinagem (lisa)
B ataque ácido
C jateamento com cerâmica 320
**
, seguido de ataque ácido
D jateamento com cerâmica 100
**
, seguido de ataque ácido
E jateamento com cerâmica 150
**
, seguido de ataque ácido
F
*
escovadamento
G
*
escovamento, seguido de ataque ácido
*
Tratamentos realizados no GEPSI
**
Tamanho das partículas em escala Mesh
Os implantes com superfície lisa foram escolhidos como grupo controle,
servindo de parâmetro para comparação com os demais tratamentos realizados.
Com relação aos tratamentos realizados, quatro grupos de cilindros foram
submetidos a tratamentos-padrão realizados pela empresa em implantes dentários
do tipo parafuso. Desta forma, assim como o processo de fabricação dos cilindros,
essa etapa não foi acompanhada. Os outros dois tipos de tratamento superficial
foram realizados no Grupo de Estudos de Propriedades de Superfícies e Interfaces –
GEPSI – pertencente à Faculdade de Física da PUCRS.
Em cada perna da ovelha foram implantados seis cilindros, sendo três na
porção anterior do osso (região mais próxima ao centro do corpo) e três na porção
posterior (região mais distante ao centro do corpo), exceto o rádio direito, onde
foram implantados apenas três cilindros. Na Tabela 7 é mostrado o controle de
distribuição dos implantes de acordo com a região do osso em que foram inseridos
em cada animal.
63
Tabela 7 Distribuição dos implantes de acordo com a região cortical óssea na qual
foram inseridos.
Tíbia Esquerda Tíbia Direita Rádio Esquerdo Rádio Direito
OVELHAS
Ant. Post. Ant. Post. Ant. Post. Ant.
1
A B C D E F G
2
A B C D E F G
Grupo 1
(morte após
30 dias)
3
A B C D E F G
4
A B C D E F G
5
A B C D E F G
Grupo 2
(morte após
60 dias)
6
A B C D E F G
De acordo com estudo realizado em coelhos, os valores de tensão de ruptura
e, conseqüentemente, os graus de osseointegração alcançados, não diferem de
uma região óssea para outra [30]. Assim sendo, embora o metabolismo de ovelhas
seja mais lento que o de coelhos, neste trabalho, esta teoria foi estendida para o
modelo animal adotado; porém, cada grupo foi mantido na mesma região óssea da
ovelha, como pode ser observado na tabela. Também foi considerado que o
processo de osseointegração não difere entre tíbias e ulnas.
3.3 Procedimento Experimental
3.3.1 Tratamentos de Superfície
3.3.1.1 Tratamentos Padrões da Empresa
Os tratamentos feitos pela empresa baseiam-se em dois tipos básicos: ataque
ácido e jateamento seguido de ataque ácido. A pedido da mesma, as informações a
cerca das etapas dos processos envolvidos nestes tratamentos não podem ser
descritas neste trabalho, por se tratarem de sigilo industrial, uma vez que os
tratamentos em questão ainda não foram patenteados pela empresa.
64
3.3.1.2 Escovamento e Ataque Ácido
O escovamento das superfícies foi escolhido pela possibilidade de ser
realizado dentro das dependências do GEPSI e pela facilidade de processamento.
Para realizar esse tratamento, os 50 cilindros referentes aos grupos F e G foram
parafusados em uma única placa de alumínio, a fim de evitar possíveis variações de
processamento entre os grupos e conferir melhor homogeneidade superficial. As
superfícies foram “escovadas” por um cilindro contendo cerdas de aço até que todas
as marcas de lixamento produzidas estivessem na mesma direção. Depois disto, foi
feito novo escovamento com os cilindros posicionados a 90 ° ao eixo de lixamento
inicial. A homogeneidade superficial do tratamento foi visualizada através de
análises feitas em um microscópio ótico. Depois de escovados, os cilindros foram
limpos em água deionizada corrente, seguidos de banho de ultra-som em acetona
P.A. por 15 minutos.
O ataque ácido dos cilindros do grupo E foi realizado em banho de ultra-som
em duas soluções ácidas: ácido clorídrico P.A. e ácido fluorídrico 5 %. Em cada
solução os cilindros ficaram imersos por 15 s, sendo limpos em água deionizada
corrente antes de nova imersão. Esse processo foi repetido mais duas vezes. Da
mesma forma que os escovados, os implantes foram limpos em água deionizada
corrente, seguidos de banho de ultra-som em acetona P.A. por 15 minutos. Após a
realização desses tratamentos, os implantes foram enviados para a empresa para
serem esterilizados em óxido de etileno.
3.3.2 Técnica Cirúrgica
As cirurgias foram realizadas com instrumental previamente esterilizado em
autoclave por calor úmido, sendo padronizado para todos os animais. Toda a equipe
cirúrgica utilizou equipamento de proteção individual (EPI).
Como medicações pré-anestésica, foram administrados 0,1 mg/kg de maleato
de acepromazina (Acepran 1 %) e 2 mg/kg de meperidina (Dolosal) por via
intramuscular (IM). Após cerca de 15 minutos, foi obtido acesso vascular e
administrado, imediatamente, 20 mg/kg de cefalotina sódica. A indução anestésica
foi realizada com propofol (2 – 4 mg/kg) via intravenosa (IV) e, após intubação
65
orotraqueal, a anestesia foi mantida com isoflurano em oxigênio a 100 %, através de
sistema reinalatório de anestesia. Foi associado à anestesia geral inalatória,
bloqueio epidural com lidocaína e bupivacaína. Durante a intervenção cirúrgica foi
administrada solução de ringer com lactato de sódio, em gotejamento venoso de
15 ml/kg/h. A monitoração das funções vitais foi mantida durante todo o período
anestésico, utilizando oxímetro de pulso e eletrocardiógrafo.
Após a obtenção do efeito anestésico, foi procedida a tricotomia da região das
tíbias e rádios. A anti-sepsia da pele do animal foi realizada com solução de iodo
alcoólico a 2 % e o isolamento da região foi feito com campo fenestrado esterilizado.
Os acessos cirúrgicos às tíbias e aos rádios dos animais foram obtidos por meio de
incisões longitudinais acompanhando o longo eixo dos ossos. Após o afastamento
dos tecidos moles e a exposição da cortical óssea, foram feitas as marcações para o
posicionamento dos implantes, de acordo com as indicações de espaçamento feitas
em uma guia (template) de alumínio. A guia foi fixada ao osso com auxílio de uma
pinça e as marcações foram feitas com uma broca de 1,5 mm.
Posteriormente, foi feito um aplainamento da cortical óssea com uma broca
fresa, acoplada à peça de mão reta, com o intuito de aumentar a região de contato
entre a superfície do implante com a superfície óssea. Após essa etapa, foram
implantados os cilindros de titânio com distância média de 10 mm entre si. Os
cilindros foram estabilizados (fixados) por um parafuso de Ti6Al4V medindo
1,5 x 6,0 mm, inserido em seu orifício central, para garantir uma melhor adaptação à
cortical óssea. Todo o processo de perfuração e raspagem óssea foi realizado com
irrigação de soro fisiológico, a fim de evitar danos à cortical óssea devido à elevação
de temperatura causada pelo processo.
Após a implantação dos cilindros, foi realizado cuidadoso reposicionamento
do periósteo para sua localização original e feita a sutura por pontos simples. A
sutura da ferida operatória foi feita pela técnica contínua simples, utilizando-se fio
agulhado de nylon 2 - 0. Na Figura 25, apresenta-se um quadro com as imagens
referentes às etapas do processo cirúrgico.
Como protocolo analgésico pós-operatório, foi utilizado antiinflamatório não-
esteroidal (ketoprofeno 1 mg/kg IM 24 – 24 horas por 5 dias) e opióide (tramadol
2 mg/kg IM 8 – 8 horas por 48 horas). Também foram realizados curativos diários
66
com solução fisiológica e gaze estéril. A sutura cutânea foi removida aos 10 dias de
pós-operatório.
Realizado o procedimento cirúrgico, os animais foram recolocados em suas
baias originais e assistidos diariamente pelos técnicos e pesquisadores até a data
prevista para sua morte. Os ovinos foram mortos após 30 e 60 dias de pós-
operatório. A morte dos animais foi realizada utilizando injeção letal de tiopental
sódico, via endovenosa.
67
Figura 25 Em (a) Exposição e anti-sepsia do campo a ser operado; (b) Tricotomia da
região; (c) Exposição da cortical óssea pelo afastamento dos tecidos moles e
periósteo; (d) Adaptação do template para a marcação dos locais de inserção dos
implantes; (e) Marcação do local dos implantes; (f) Aplainamento da cortical óssea;
(g) Inserção dos implantes; (h) Sutura da ferida operatória.
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
68
3.3.3 Preparação das amostras para análises de caracterização
A avaliação estrutural, morfológica e composicional dos implantes foi
realizada através das técnicas de caracterização de microscopia eletrônica de
varredura (MEV), espectroscopia de energia dispersa (EDS), fluorescência de raios
X (XRF), rugosimetria e ensaio de resistência à corrosão. Antes de realizar as
análises, todas as amostras foram limpas em banho de ultra-som em acetona P.A.
por 15 minutos. Todas as análises foram realizadas na superfície em que estaria em
contato com o osso, caso o implante estivesse inserido no animal.
As micrografias feitas por MEV e as análises feitas por EDS foram realizadas
no Centro de Microscopia e Microanálise – CEMM – da Pontifícia Universidade
Católica do Rio Grande do Sul, em um equipamento marca Phillips, modelo XL 30.
Na caracterização da composição química dos cilindros de titânio pela técnica
de EDS, foram realizadas duas análises na região superficial de cada amostra,
sendo utilizado duas amostras por tratamento, resultando em um conjunto de quatro
medidas por tratamento superficial. O tempo de cada análise foi de 40 s. Com o
intuito de permitir a observação de possíveis contaminações por metais pesados, a
energia dos elétrons incidentes utilizada foi de 20 keV. O cálculo das concentrações
relativas foi realizado pelo software do equipamento, o qual é calibrado com padrões
internacionais com pureza de 99,99%. Não foi necessário realizar algum tratamento
adicional para efetuar as análises.
As medidas de XRF foram realizadas em um Espectrômetro Seqüencial de
Fluorescência de Raios X por Comprimento de Onda, da marca Shimadzu, modelo
XRF – 1800, no Laboratório de Caracterização de Superfície do GEPSI.
Para estas análises, uma vez que o porta-amostras do equipamento é
apropriado para amostras finas e largas, foi construída uma máscara de polietileno,
com o intuito de manter a superfície da amostra nivelada com a superfície do porta-
amostras. Para esta análise, foram utilizadas duas amostras por tratamento, sendo
realizadas duas análises por amostra. Da mesma forma que nas análises de EDS,
nas análises de XRF, o cálculo das concentrações relativas foi feito pelo software do
equipamento.
69
As medidas de rugosidade foram feitas procurando-se abranger toda
superfície do cilindro, sendo realizadas análises nas regiões ao redor da rosca
central. Para estas análises foi utilizado um rugosímetro da marca Mitutoyo, modelo
Surftest SJ – 201P, pertencente ao Laboratório de Materiais da Faculdade de
Odontologia da PUCRS. Em cada amostra foram realizadas 15 medidas, assumindo-
se como valor válido a média das medidas de R
a
obtidas.
Para avaliar a resistência à corrosão dos cilindros de titânio, foram utilizadas
duas amostras de cada tratamento, sendo que apenas a superfície tratada ficou
exposta ao meio corrosivo, sendo desconsideradas as superfícies laterais e a do furo
central do cilindro, uma vez que estas foram recobertas com esmalte para evitar
exposição ao meio, como pode ser visto na Figura 26.
Figura 26 Amostras adaptadas no porta amostras para ensaio de resistência à
corrosão.
Os ensaios de resistência à corrosão foram realizados de acordo com as
indicações contidas na norma ASTM F 746, em regime de imersão total utilizando
como eletrólito uma solução de NaCl a 0,9 %, de acordo com o projeto de norma
ISO/CD 16428, o qual padroniza as condições do ensaio para materiais destinados a
implantes cirúrgicos ou a seus componentes, com controle de pH de 7,1 e
temperatura constante de 37,0 °C (± 0,1 °C).
O equipamento utilizado foi um AutoLab modelo PGSTAT 302, com
potenciostato com precisão de 0,01 nA e 0,1 nV. Para todas as amostras foi feita
uma aquisição via computador, monitorando continuamente a tensão entre o
eletrodo de referência, a amostra e a densidade de corrente de dissolução medida
no eletrodo de platina (freqüência de aquisição de 1 s).
70
3.3.4 Preparação das Amostras para Ensaio de Pull Out
Após a morte dos animais, suas tíbias e rádios foram removidos e
acondicionados, separadamente, em solução de glutaraldeído 2 %. Os ossos foram
serrados com o intuito de isolar os implantes, os quais foram recondicionados em
potes contendo glutaraldeído 2 %, separados de acordo com o tipo de tratamento
superficial e a qual ovelha pertencente.
Posteriormente, as amostras foram limpas em água deionizada corrente e
embutidas em resina acrílica de co-polímero de metilmetacrilato (Jet – Clássicos
Produtos Odontológicos
®
), para garantir uma melhor adaptação da garra inferior do
equipamento de tração e impedir possíveis fraturas dos ossos pela pressão feita
pela garra.
Os parafusos de fixação dos implantes ao osso foram cuidadosamente
removidos com o mesmo instrumental utilizado para sua colocação (chave de mão
com conexão Philips). Para garantir uma fixação adequada da garra superior do
equipamento e aplicação do teste de pull out, foi necessário adaptar um parafuso
sobre a rosca do implante com auxílio de um agente colante (Araldite
®
). Na Figura
27, são mostradas imagens de amostras preparadas para o ensaio de pull out,
conforme descrito anteriormente. Na imagem (a) é possível observar leve
desrosqueamento do parafuso de fixação. Na imagem (b) é mostrado o conjunto de
garras utilizado para a fixação das amostras e a realização do ensaio. Também é
possível observar o parafuso de adaptação utilizado para prender a amostra na
garra superior do equipamento.
Figura 27 Em (a): imagem de uma amostra fixada em resina acrílica. Em (b):
imagem de uma amostra presa ao dispositivo de garras do equipamento de tração
mecânica.
(b) (a)
71
A avaliação do grau de adesão osso/implante (osseointegração) foi baseada
nos resultados dos ensaios de tração mecânica (pull out) realizados de acordo com
as recomendações da norma ASTM C 633 – Standard Test Method for Adhesion or
Cohesion Strength of Thermal Spray Coatings. Para a realização dessas análises,
foram utilizados 18 implantes de cada grupo.
Os ensaios foram realizados no Laboratório de Materiais, pertencente à
Faculdade de Odontologia da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul,
em um equipamento de ensaio universal da marca Emic, modelo DL 2000, com
capacidade para tração de até 1000 kgf e resolução de 0,01 kgf. Os ensaios foram
efetuados com taxa de carga de 1 mm/min, utilizando células de carga de 50 e
500 N.
72
4 RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 Caracterização dos Implantes de Titânio
4.1.1 Composição Química
Os resultados de EDS e XRF obtidos para todas as amostras foram muito
semelhantes, com exceção das amostras do grupo F. Na Figura 28, são mostrados
os resultados obtidos para a amostra do grupo B; e os resultados obtidos para as
amostras do grupo F, na Figura 29.
10 20 30 40 50 60 70 80 90
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
Ti k
α
Contagens (kcps)
2
θ
Canal Ti-U
Tik
β
Fek
α
Figura 28 Resultados de composição química obtidos para amostra do grupo E. Em
(a): espectro de EDS, indicando não haver presença de contaminantes. Em (b):
Difratograma de XRF indicando presença de contaminante de ferro.
Como pode ser observado, pela técnica de EDS as amostras não apresentam
contaminações pelas partículas de óxidos utilizadas no jateamento, ou por possíveis
compostos formados no processo de ataque ácido. Os resultados indicaram que as
amostras também não apresentam contaminações por metais pesados, uma vez que
todos os picos de energia presentes nos espectros estão concentrados em energias
(a)
(b)
73
menores que 6 keV. Desta forma, as análises quantitativas feitas pelo software do
equipamento mostraram que o teor de titânio presente nas amostras é de 100 %.
Também é possível observar que, na análise de XRF, aparecem as linhas K
α
e K
β
características do titânio e, muito fracamente, a linha K
α
do ferro. Os dois
primeiros picos do espectro são referentes ao alvo de ródio do tubo de raios X, não
pertencendo à amostra. Os difratogramas obtidos para as demais amostras foram
semelhantes ao mostrado na figura, variando apenas na intensidade do pico da linha
K
α
do ferro. Mesmo que em todos os difratogramas obtidos seja possível observar o
pico K
α
do ferro, as análises quantitativas indicaram que todas as amostras estão de
acordo com as especificações da norma NBR ISO 5832-2 quanto ao teor de ferro
para o titânio grau 4.
Os resultados obtidos para as amostras do grupo F são mostrados na Figura
29. No espectro, é possível ser observada a existência de contaminações por
oxigênio e ferro.
10 20 30 40 50 60 70 80 90
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
Rh k
α
Rh k
β
2
θ
Zn k
α
Zn k
β
Fe k
α
Ti k
α
Ti k
β
Contagens (kcps)
Canal Ti-U
Figura 29 Resultados de composição química obtidos para amostra do grupo F. Em
(a) espectros de EDS, indicando presença de contaminantes de oxigênio e ferro e
alumínio. Em (b): difratogramas de XRF indicando presença de contaminantes de
ferro e zinco.
As contaminações por ferro podem ser provenientes das cerdas de aço do
equipamento utilizado para realizar o escovamento, enquanto que a presença de
zinco pode ser proveniente de contaminação dos parafusos utilizados para fixar os
cilindros para o escovamento.
Os resultados quantitativos dos teores de contaminantes presentes nas
amostras são mostrados na Tabela 8.
(a)
(b)
74
Tabela 8 Comparativo entre os resultados quantitativos obtidos pelas técnicas de
EDS e XRF dos contaminantes presentes. Percentuais em peso.
GRUPO
Fe
XRF/EDS
O
XRF/EDS
Al
XRF/EDS
Zn
XRF/EDS
A
0,35/
Não
detectado
Não detectado Não detectado Não detectado
B
0,36/
Não
detectado
Não detectado Não detectado Não detectado
C
0,37/
Não
detectado
Não detectado Não detectado Não detectado
D
0,40/
Não
detectado
Não detectado Não detectado Não detectado
E
0,36/
Não
detectado
Não detectado Não detectado Não detectado
F 5,46/18,55
Não
detectado
/24,23
0,99/
Não
detectado
0,63
/Não
detectado
G
0,395/
Não
detectado
Não detectado
Não detectado Não detectado
Através dos resultados das análises de XRF é possível observar que o teor de
ferro detectado por esta técnica foi inferior ao detectado por EDS. Além disso, não
foi observada a presença de oxigênio, sendo detectado zinco em concentrações
inferiores a 1% em peso.
A grande concentração de oxigênio encontrada pela técnica de EDS pode ser
devido à sobreposição da linha L
a
do titânio (0,45 keV) com a K
a
do oxigênio
(0,52 ekV). Isto pode ser comprovado pelo fato de não ter sido encontrado
contaminações por oxigênio pela técnica de XRF e pela diferença no teor de titânio
encontrado por ambas as técnicas. Porém, não é possível afirmar que a ausência de
contaminação por oxigênio, uma vez que a concentração existente na amostra pode
estar abaixo da detectada pelo equipamento.
Exceto as amostras do grupo F, todas as demais que foram analisadas
apresentaram teor de ferro dentro das especificações da norma NBR ISO 5832-2
para titânio grau 4. Assim sendo, os resultados qualitativos e quantitativos obtidos
por XRF corroboram com os resultados obtidos na análise de EDS, indicando
ausência de contaminações nas mesmas.
75
4.1.2 Morfologia Superficial
As médias dos valores de rugosidade R
a
obtidos são mostradas na Tabela 9,
onde é possível observar que a amostra do grupo G foi a que apresentou maior
variação entre as medidas realizadas, apresentando maior R
a
médio.
Tabela 9 Resultados de rugosimetria obtidos para os cilindros de titânio.
GRUPO R
a
mínimo (µm) R
a
máximo (µm) Média (µm) Desvio Padrão (µm)
A 0,12 0,23 0,14 0,03
B 0,43 0,63 0,49 0,06
C 0,44 0,69 0,53 0,08
D 0,48 0,86 0,66 0,11
E 0,41 0,55 0,49 0,04
F 1,16 1,98 1,61 0,24
G 0,90 3,14 2,02 0,73
De acordo com os resultados obtidos através da análise estatística de Tukey
(5% de probabilidade de erro) as rugosidades R
a
medidas para cada grupo
apresentaram diferenças estatisticamente significantes entre si, indicando que os
diferentes tratamentos de superfície resultaram em valores de rugosidade superficial
heterogêneos.
A Tabela 10 apresenta os valores de Ra médios obtidos para os grupos, os
quais foram agrupados de acordo com a consistência entre eles. De acordo com o
resultado da análise, os grupos B, C, D e E apresentaram consistência entre si, ao
passo que o grupo F apresentou maior heterogeneidade do que os demais grupos.
76
Tabela 10 Análise estatística de Tukey referente aos valores de rugosidade obtidos
para as amostras.
Alpha = 0,05
GRUPO N 1 2 3 4
A 15 0,1487
E 15 0,4920
B 15 0,4987
C 15 0,5347
D 15 0,667
F 15 1,6167
G 15 2,0253
Na Figura 30, é mostrado um gráfico com os erros atribuídos aos valores de
rugosidade obtidos, onde é possível observar que, quanto maior o valor de
rugosidade obtido, maior a margem de erro associada, sendo que o grupo G foi o
que apresentou maior rugosidade R
a
.
ABCDEFG
0,0
0,4
0,8
1,2
1,6
2,0
2,4
2,8
Rugosidade R
a
(
µ
m)
Figura 30 Gráfico das rugosidades R
a
obtidas para os cilindros de titânio.
Com relação à estrutura da superfície, na Figura 31 são mostradas
micrografias obtidas para o grupo A, onde é possível observar marcas de usinagem
e a presença de buracos, os quais podem ser provenientes do processo de
fabricação do titânio. É importante ressaltar que, na texturização dos implantes,
todos os tratamentos de superfície realizados foram feitos a partir de superfícies
lisas.
77
Figura 31 Micrografias da Amostra 1 do grupo A, onde pode ser observas as marcas
de usinagem na superfície. Em A: aumento de 900 x. Em B: aumento de 3000 x.
Imagens obtidas no modo SE.
As micrografias das superfícies feitas por MEV indicaram haver pequena
semelhança na estrutura de picos e vales encontrada nas superfícies dos cilindros
dos grupos B e E, e entre as dos grupos C e D. Na Figura 32, são mostradas
micrografias das amostras destes grupos.
De modo geral, pode-se dizer que a diferença principal entre as superfícies
das amostras destes quatro grupos está no tamanho dos picos e vales presentes e
na quantidade de crateras existentes. Isto por que o ataque ácido realizado em uma
superfície jateada reage preferencialmente nas regiões de maior energia, ou seja,
nos picos formados pelo impacto das partículas na superfície. No caso da superfície
lisa, o ataque ácido age de maneira mais uniforme em toda a superfície.
(a)
(b)
78
Figura 32 Em (a): micrografia da amostra do grupo B. Em (b): micrografia da amostra
do grupo C. Em (c): micrografia da amostra do grupo D. Em (d): micrografia da
amostra do grupo E. Aumentos de 600 x, imagens obtidas no modo SE.
Como pode ser observado nas micrografias, nas amostras dos grupos C e D,
é possível observar a presença de crateras geradas pelo processo de jateamento, as
quais podem ser oriundas da força do impacto das partículas na superfície.
Em aumentos maiores, é possível observar que o efeito do ataque ácido se
sobressai ao efeito do jateamento, uma vez que só é possível observar a formação
de picos e vales formados pelo ataque ácido, o que pode ser evidenciado pelos
valores próximos de rugosidade R
a
encontrados para estes grupos. Isto pode ser
devido ao tempo de exposição da superfície ao ácido e ou da concentração utilizada.
Dentre as amostras analisadas, as superfícies dos cilindros do grupo F foram
as que apresentaram estrutura diferente das demais, com regiões arredondadas e
largas, similares a “escamas”, com ranhuras entre elas. Os efeitos do escovamento
na superfície dos cilindros de titânio e do ataque ácido na superfície escovada
podem ser vistos nas micrografias mostradas na Figura 33.
(a)
(b)
(c) (d)
79
Figura 33 Em (a) e (b): micrografias da amostra do grupo F, aumentos de 150 e
600 x, respectivamente. Em (c) e (d): micrografias da amostra do grupo G, aumentos
de 150 e 600 x, respectivamente. Imagens obtidas no modo SE.
Como pode ser observado, o ataque ácido eliminou as ranhuras do processo
de escovamento, atacou as regiões de “escamas”, tornando a superfície mais
rugosa, com picos agudos. Também é possível observar este tratamento superficial
resultou em uma estrutura diferente das observadas nas superfícies jateadas
seguido de ataque ácido, porém homogênea.
4.1.3 Resistência à Corrosão
Em relação ao potencial de repouso, todas as amostras apresentaram um
comportamento semelhante em relação ao eletrodo de trabalho (corpo de prova)
dentro da solução eletrolítica de NaCl a 0,9%. O comportamento do potencial de
repouso das amostras é mostrado na Figura 34.
(a)
(b)
(c) (d)
80
0 50 100 150 200 250 300 350 40
0
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Potencial de Repouso [V]
t [s]
A - Liso
B - Ácido
C - Jato + Ácido
D - Cerâmica 100
E - Cerâmica 150
F - Escovado
G- Escovado + Ácido
ABCDEFG
0,0
-0,1
-0,2
-0,3
-0,4
-0,5
-0,6
-0,7
Potencial de Repouso [V]
Figura 34 Em (a): curvas dos potenciais de repouso obtidas para as amostras após o
período de avaliação do potencial aberto. Em (b): valores finais dos potenciais.
É possível observar que os valores do potencial de repouso obtidos para as
amostras após uma hora (E
1
) indicam que, apesar das variações, todas apresentam
comportamento nobre frente à corrosão.
Quanto ao comportamento corrosivo com aplicação do potencial de + 0,8 V,
todas as amostras passivaram com o passar do tempo e as densidades de corrente
não ultrapassaram o valor de 35 µA/cm
2
durante todo o período do ensaio, com
exceção das amostras dos grupos A, C e E, que inicialmente apresentaram valores
acima de 50 µA/cm
2
, mas que com o decorrer do ensaio a densidade de corrente
caiu para valores inferiores a 20 µA/cm
2
. A amostra do grupo B foi a que apresentou
menor variação de densidade de corrente, de apenas 2 µA/cm
2
durante todo o
período do ensaio. As curvas de densidade de corrente em função do tempo obtidas
para as amostras podem ser vistas na Figura 35.
Como pode ser observado pelo gráfico (a) da Figura 35, todas as amostras
analisadas apresentaram passivação espontânea com aplicação do potencial
durante todo o período do ensaio. No gráfico (b) da Figura 35, pode-se observar que
o grupo G foi o que apresentou maior valor de densidade de corrente ao final do
ensaio, o que era esperado, uma vez que este grupo apresentou maior valor médio
de rugosidade R
a
, o que significa maior área superficial exposta ao meio salino.
(a)
(b)
81
0 200 400 600 800 1000
0
20
40
60
80
100
Densidade de Corrente [
µ
A/cm
2
]
t [s]
A - Liso
B - Ácido
C - Jato + Ácido
D - Cerâmica 100
E - Cerâmica 150
F - Escovado
G - Escovado + Ácido
ABCDEFG
0
5
10
15
20
25
30
35
Densidade de Corrente [
µ
A/cm
2
]
Figura 35 Em (a): curvas de densidade de corrente obtidas para as amostras após o
teste de resistência à corrosão. Em (b): valores finais das densidades de corrente.
Após as análises de corrosão, foi possível observar que todas as amostras
apresentaram excelente desempenho, obtendo valores de densidade de correntes
de corrosão muito inferiores ao limite considerado pela norma ASTM F-746 como de
corrosão ativa por pites (500 µA/cm
2
).
4.2 Avaliação da Osseointegração
Durante o processo de preparação das amostras para a realização do teste
de pull out, na etapa de remoção dos parafusos de fixação dos implantes ao osso e
inserção dos parafusos para fixação na garra do equipamento, foram perdidas 14
amostras do grupo de 30 dias, sendo duas amostras do grupo A (lisa), uma do grupo
B (tratada com ácido), uma do grupo C (cerâmica seguido de ataque ácido), uma do
grupo D (cerâmica 100 seguido de ataque ácido), uma do grupo E (cerâmica 150
seguido de ataque ácido), quatro do grupo F (escovado) e quatro do grupo G
(escovado seguido de ataque ácido). Do grupo de 60 dias, foi perdida uma amostra
do grupo D, indicando que o período de 30 dias foi insuficiente para avaliar a
osseointegração dos implantes.
Durante a realização do teste, foram perdidas mais 13 amostras do grupo de
30 dias, devido à manipulação das mesmas. Destas, uma era do grupo A, quatro do
grupo B, quatro do grupo D, três do grupo F e uma do grupo G. Do grupo de 60 dias,
foram perdidas uma amostra do grupo D e outra do grupo F por problemas de erro
do software, que não gravou os dados obtidos no ensaio das amostras.
(a)
(b)
82
Devido a grande quantidade de amostras perdidas do grupo de 30 dias, não
foi possível estabelecer uma relação entre os valores de rugosidade superficial com
os valores obtidos no ensaio de pull out. O grupo D foi o que apresentou maior
resistência à tração, atingindo 0,742 MPa (ovelha 2, amostra 2). Porém, esse grupo
não apresentou uniformidade nos valores de tensão obtidos. O grupo C foi o que
obteve menor valor de tensão, 0,019 MPa. Da mesma forma que o grupo F, os
valores de tensão obtidos para o grupo C não apresentaram uniformidade, variando
de 0,019 a 0,616 MPa. Os valores de tensão máxima obtidos para o grupo de 30
dias são mostrados na Tabela 11.
Tabela 11 Valores máximos de tensão obtidos para os implantes inseridos por 30
dias, de acordo com a ovelha na qual foram implantados.
OVELHA 1 (MPa)
Amostras
OVELHA 2 (MPa)
Amostras
OVELHA 3 (MPa)
Amostras
GRUPO
1 2 3 1 2 3 1 2 3
Média
Geral
(MPa)
Desvio
Padrão
(MPa)
A X X X X X X 0,130 X X 0,13 ---
B 0,021 0,479 X 0,459 X X 0,497 X X 0,36 0,20
C 0,095 X X 0,616 0,161 X 0,019 0,245 X 0,23 0,20
D 0,498 0,020 0,149 0,305 0,742 X X X X 0,34 0,25
E 0,259 0,469 X 0,089 0,074 X 0,189 X X 0,22 0,14
F X X X X X X 0,275 X X 0,27 ---
G 0,097 0,027 X 0,087 X X X X X 0,07 0,03
Como pode ser observado, embora se tenha maior número de implantes
medidos na ovelha 1, o maior valor de tensão foi observado no grupo D da ovelha 2,
o que indica que a quantidade de implantes obtidos após o período de 30 dias não
está associada com a qualidade da matriz óssea formada.
Devido à pequena amostragem resultante e a grande variação dos valores
obtidos, não foi possível estabelecer uma relação de valores de tensão para cada
tratamento. Embora tenha ocorrido grande perda de amostras para este o grupo, foi
demonstrado, na literatura, que testes biomecânicos são indicadores mais sensíveis
para se avaliar a estabilidade da interface osso/implante do que avaliações
histomorfométricas da área de contato osso/implante [65].
Os valores de tensão máxima para o grupo de 60 dias são mostrados na
Tabela 12.
83
Tabela 12 Valores máximos de tensão obtidos para os implantes inseridos por 60
dias, de acordo com a ovelha na qual foram implantados.
OVELHA 4(MPa)
Amostras
OVELHA 5(MPa)
Amostras
OVELHA 6(MPa)
Amostras
GRUPO
1 2 3 1 2 3 1 2 3
Média
Geral
(MPa)
Desvio
Padrão
(MPa)
A 5,74 2,98 3,04 0,91 1,36 2,46 2,48 0,63 1,45 2,33 1,55
B 3,85 5,00 4,80 4,01 4,28 1,73 3,00 3,49 2,05 4,07 1,96
C 5,31 3,47 7,17 3,88 5,37 4,80 4,06 4,66 8,96 5,28 1,87
D 5,74 3,89 7,54 1,00 4,55 X 5,99 4,62 4,57 4,73 1,90
E 3,14 1,33 5,12 0,97 2,02 5,45 3,36 4,11 2,65 3,12 1,57
F 0,45 3,07 1,37 0,17 0,97 0,23 0,61 0,09 X 0,87 0,99
G 5,36 4,06 5,62 2,16 2,69 2,94 1,32 2,64 4,78 3,34 1,53
Como é possível observar, o grupo C foi o que apresentou os maiores valores
de tensão, ao passo que todas as amostras do grupo F apresentaram valores muito
abaixo dos demais grupos. Estes valores podem ser justificados pela presença de
ferro na superfície das amostras, constatado pelas análises de XRF, uma vez que
este atua como inibidor do crescimento ósseo. Também pode ser observado que o
desvio padrão deste grupo foi superior à média das tensões, o que indica uma
grande dispersão entre os valores de tensão obtidos para as amostras deste grupo.
É possível observar, também, que os valores de tensão obtidos para a ovelha
4, para todas as amostras, são superiores aos valores obtidos para as outras duas
ovelhas. Por se tratar de uma pesquisa in vivo, o metabolismo do animal também
atua como fator determinante nos resultados, uma vez que a presença de alguma
irregularidade no organismo do animal, como inflamações ou doenças, pode alterar
o metabolismo do mesmo, influenciando diretamente nos resultados. A Figura 36
apresenta um comparativo entre as médias obtidas para todas as amostras com as
obtidas apenas para a ovelha 4.
84
ABCDEFG
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Tensão [MPa]
Geral
Ovelha 4
Figura 36 Gráfico comparativo entre a média geral das tensões máximas com a
média obtida apenas para a ovelha 4.
Pelos dados mostrados no gráfico, com relação às médias obtidas para as
amostras da ovelha 4, pode ser observado que todos os grupos alcançaram médias
superiores à média geral, com exceção dos grupos C e E, os quais atingiram valores
muito próximos à média geral. Analisando apenas a média geral das amostras, o
grupo C foi o que apresentou maior média de tensão, o que não foi verificado na
ovelha 4, cuja maior média foi obtida no grupo B.
Excluindo o grupo F, devido à provável inibição do crescimento ósseo
causado pela presença de ferro, o grupo A foi o que apresentou menor
desempenho, o que já era esperado para este grupo por apresentar superfície lisa,
conforme consta na literatura [15,18,23,56]. Também se observa que o desvio
padrão de todos os grupos foi elevado, o que indica que houve heterogeneidade
entre as amostras de um mesmo grupo.
Comparando-se os valores de tensão obtidos para cada grupo, a análise
estatística ANOVA realizada indicou que há, pelo menos, um par de tratamento
cujas médias diferem significativamente (p = 0). Através do teste de Tukey, foi
possível observar as diferenças entre os grupos, como é mostrado na Tabela 13.
85
Tabela 13 Resultado da análise estatística de Tukey para os valores de tensão
obtidos.
Alpha = 0,05
GRUPO N 1 2 3
F 8 0,8700
A 9 2,3389 2,3389 2,3389
E 9 3,1278 3,1278
G 9 3,5078 3,5078
B 9 3,5789 3,5789
D 8 4,7375
C 9 5,2978
Estes resultados indicam que a maior significância encontrada é entre o grupo
F e o grupo C. Excluindo o grupo F, entre os demais grupos não e possível observar
significância expressiva, ou seja, os valores médios de tensão são homogêneos
entre si. Isso significa que, embora o grupo C tenha apresentado a maior média de
tensão, não significa que os valores obtidos para os demais grupos estejam díspares
deste.
A Tabela 14 mostra valores de tensões obtidas em pesquisas científicas
encontradas na literatura. Embora as metodologias dos trabalhos pesquisados na
literatura sejam diferentes, é possível fazer esta comparação uma vez que os testes
mecânicos adotados são similares e levam em consideração a força necessária para
extrair o implante do osso e, também, a área superficial do mesmo em contato com o
tecido ósseo.
Como pode ser observado pelos dados apresentados na Tabela 14, os
resultados obtidos neste trabalho foram satisfatórios se comparados com os
resultados encontrados na literatura, considerando-se que o tempo de implantação e
o metabolismo dos modelos animais adotados são diferentes, sendo que coelhos
apresentam metabolismo mais acelerado que o de cabras ou ovelhas. Levou-se em
consideração, também, que os valores de rugosidade obtidos nesta pesquisa foram
inferiores aos de trabalhos similares.
86
Tabela 14 Comparação entre valores de tensão máxima de ruptura obtidos nesta
pesquisa com os valores encontrados em pesquisas similares encontradas na
literatura.
Autor
(Ano)/Referência
Material/Modelo
Animal
Rugosidade
Superficial (µm)
Tempo de
Implantação
Tensão
Máxima
(MPa)
Li et al
(1997)/[30]
Ti/Coelho R
a
= 1,5 6 semanas 0,5
Vercaigne et
al (1998) )/[30]
Ti6Al4V/Cabra R
a
= 4,7 12 semanas 2,9
Muller et al
(2006) )/[30]
Ti6Al4V/Coelho
7,25 + poros
de 200 µm
lisos + poros
de 100 µm
lisos + poros
de 200 µm
lisos + poros
de 300 µm
12 semanas
1,82
3,52
4,94
4,31
Rønold et al
(2002)/[31]
Ti grau 2/Coelho S
a
= 1,43
Não
especificado
0,11
Rønold et al
(2002)/[33]
Ti grau 2/Coelho
S
a
= 0,63
0,89
1,25
1,30
1,80
2,02
3,62
5,52
10 semanas
0,33
0,36
0,68
0,78
0,94
1,40
1,79
1,53
Rønold et al
(2003)/[32]
Ti grau 2/Coelho
S
a
= 3,9
5,07
11,03
8 semanas
0,54
0,35
0,09
Esta pesquisa
(2007)
Ti grau 4/Ovelha
R
a
= 0,14
0,49
0,53
0,66
0,49
1,61
2,02
8 semanas
2,33
4,07
5,28
4,73
3,12
0,87
3,34
*
desconsiderados tratamentos de deposição de camadas. Testes utilizados foram de push out.
A Figura 37 mostra um gráfico comparativo entre as médias dos valores de
rugosidade com os valores de tensão obtidos para todos os grupos. Comparando-se
os grupos tratados superficialmente com o grupo A (grupo controle), observa-se que
87
o aumento da rugosidade da superfície dos implantes acarretou em aumento da
força adesiva osso/implante (tensão média). Também pode se observar que a
hipótese de que a rugosidade superficial atinja um valor otimizado pode ser
plausível, uma vez que o maior valor de tensão média não foi encontrado nos grupos
que apresentaram os maiores valores de rugosidade. Esta hipótese é conhecida na
literatura, porém ainda não se chegou a um consenso sobre valores ideais de
rugosidade, os quais teriam maior influência positiva no processo de
osseointegração.
0
1
2
3
4
5
6
ABCDEFG
0
0,5
1
1,5
2
2,5
Tensão
Rugosidade
Tensão (MPa)
Rugosidade (µm)
Figura 37 Gráfico comparativo entre as tensões médias e os valores médios de
rugosidade R
a
.
A Figura 38 mostra um gráfico relacionando os valores médios de tensão com
os valores médios de rugosidade, onde é possível observar que os grupos F e G
foram os mais díspares quando comparados com os demais.
Através de análise estatística de Regressão Quadrática, o valor de p
encontrado foi de 0,244, o que indica não haver significância entre a rugosidade e a
tensão máxima. Porém, ao se analisar apenas os tratamentos-padrão realizados
pela empresa, é possível observar-se uma tendência de aumento da força adesiva
com o aumento da rugosidade.
88
0,00,51,01,52,0
1
2
3
4
5
6
Tensão [MPa]
Rugosidade R
a
[
µ
m]
A
B
C
D
E
F
G
Figura 38 Relação entre as médias dos valores de tensão com os valores de
rugosidade.
Na Figura 39, são comparadas as micrografias após o teste de tração obtidas
para o grupo de 30 dias das amostras do grupo F e do grupo C, as quais obtiveram
os menores e os maiores valores de tensão máxima de ruptura, respectivamente.
Como pode ser observado, mesmo obtendo-se baixos valores de tensão de
ruptura, as amostras apresentaram crescimento de matéria orgânica nas superfícies
em contato com o tecido ósseo. Nas imagens em BSE é possível observar que a
matéria orgânica aderida não recobre toda a superfície dos implantes, sendo que a
amostra do grupo B apresenta maior quantidade de matéria orgânica aderida.
Comparando-se as duas amostras, é possível observar que a matéria
orgânica aderida na superfície da amostra do grupo C se apresenta de forma mais
densa que na superfície da amostra do grupo F. Isto pode ser devido ao fato da
presença de ferro na superfície dos implantes do grupo F, como já mencionado
anteriormente.
89
Figura 39 Micrografias após teste de pull out das superfícies das amostras do grupo
de 30 dias, mostrando a quantidade de matéria orgânica (MO) aderida ao metal (M).
Aumentos de 150 x. Em (a) e (b) amostra do grupo F. Imagens no modo SE e BSE,
respectivamente. Em (c) e (d) amostra do grupo C. Imagens no modo SE e BSE,
respectivamente.
Na Figura 40, são comparadas as micrografias obtidas para o grupo de 60
dias das amostras dos mesmos grupos mostrados anteriormente. Comparando-se
as duas amostras, é possível observar que a do grupo C apresenta maior
quantidade de matéria orgânica aderida na superfície do que a do grupo F.
Da mesma forma que o mostrado para as amostras de 30 dias, as imagens
em BSE para as amostras do grupo de 60 dias também revelam que a matéria
orgânica aderida não recobre toda a superfície dos implantes. É importante lembrar
que estas imagens foram obtidas após o rompimento nos testes de tração e, desta
forma, parte da matéria orgânica deve ter sido removida.
(a)
(b)
(c) (d)
MO
MO
MO
M
M
90
Figura 40 Micrografias após teste de pull out das superfícies das amostras do grupo
de 60 dias mostrando a quantidade de matéria orgânica (MO) aderida ao metal (M).
Aumentos de 300 x. Em (a) e (b) amostra do grupo F. Imagens no modo SE e BSE,
respectivamente. Em (c) e (d) amostra do grupo C. Imagens no modo SE e BSE,
respectivamente.
Na Figura 41, são mostradas imagens com aumentos de 900 x de regiões de
matéria orgânica aderida às superfícies das amostras dos grupos C e F. Como pode
observar-se, embora, aparentemente, as superfícies estejam menos recobertas que
as das amostras do grupo de 30 dias, a matéria orgânica destas amostras se
apresenta de forma muito mais densa que nas amostras de 30 dias, o que indica
que o processo de osseointegração se encontrava em um nível mais avançado, o
que justifica a diferença nos valores de tração encontrados entre ambos os grupos.
(a)
(b)
(c) (d)
MO
MO
M
M
91
Figura 41 Micrografias das regiões de matéria orgânica. Em (a) amostra do grupo C,
em (b) amostra do grupo F. Aumento de 900 x.
Na Figura 42 é mostrada a imagem da superfície da amostra do grugo F,
onde podem ser observadas regiões onde ocorreram inibições da adesão da matéria
orgânica à superfície do implante (halos de inibição). Este fenômeno pode ser
devido à presença de contaminantes de ferro na superfície do mesmo.
Figura 42 Micrografia da superfície da amostra do grupo F onde podem ser vistos
halos de inibição devido contaminação por ferro na superfície do implante. Aumento
de 600 x.
(a)
(b)
MO
MO
M
M
M
MO
92
5 CONCLUSÃO
Respondendo à proposição inicial deste trabalho, ficou evidenciado que,
embora as amostras do grupo de 30 dias tenham apresentado matéria orgânica
aderida à superfície dos implantes, esta não se encontrava de forma densa o
suficiente para garantir boa adesão dos implantes ao tecido ósseo. No caso das
amostras do grupo de 60 dias, a matéria orgânica aderida à superfície se encontrava
de forma mais densa, justificando a diferença nos valores de tensão de ruptura
encontrados, mesmo não havendo total recobrimento das superfícies dos implantes.
93
6 CONSIDERAÇÕES FINAIS E SUGESTÕES
Ao término deste trabalho, pode-se concluir que todos implantes utilizados,
com exceção dos do grupo F, estavam de acordo com as recomendações da NBR
ISO 5832-2 quanto ao teor de contaminantes para o titânio grau 4 utilizado em
implantes para cirurgia.
O resultado dos ensaios corrosivos mostrou que as amostras apresentaram
uma elevada resistência ao desgaste corrosivo, estando de acordo com os critérios
apresentados na norma ASTM F-746. Também foi possível observar que o
comportamento da densidade de corrente de dissolução diminuiu para todos os
grupos.
Não foi observado crescimento ósseo denso no grupo de 30 dias, indicando
que, para o metabolismo da ovelha, este período não foi suficiente para que o
processo de osseointegração ocorra satisfatoriamente.
O grupo C foi o que apresentou maior média de tensão; porém, uma vez que
os valores do desvio padrão foram elevados, não é possível afirmar qual dos
tratamentos estudados é o mais adequado para uso em implantes.
De modo geral, as técnicas de modificação superficial se mostraram eficazes
no que diz respeito ao aumento da força necessária para arrancar o implante do
osso, indicando que estes processos resultaram em um aumento de
osseointegração, comparado com o grupo controle, de superfície lisa.
Não foi possível estabelecer uma associação clara entre os valores de
rugosidade com os valores de tensão média para todos os grupos. Contudo,
levando-se em consideração apenas os tratamentos desenvolvidos pela empresa,
há uma relação direta entre rugosidade e a osseointegração dos implantes.
94
Para melhor avaliação dos tratamentos desenvolvidos neste trabalho, é
necessário realizar estudos mais aprofundados dos mesmos. Porém, as amostras do
grupo G apresentaram desempenho equivalente aos processos desenvolvidos na
indústria.
A metodologia aplicada neste trabalho apresentou algumas falhas, verificadas
no número de amostras perdidas durante o manuseio, principalmente no grupo de
30 dias. Porém, ainda sim, foi possível obter valores bastante satisfatórios de tensão
máxima em comparação aos resultados encontrados na literatura.
Como sugestões para continuidade e aperfeiçoamento deste estudo
pretende-se:
• estudar novos processos de tratamentos de superfície, como anodização
controlada por eletroquímica;
• alterar o modo de fixação dos implantes;
• caracterizar os implantes antes de inseri-los em animais, a fim de que não se
percam amostras devido a contaminações nas superfícies;
• analisar quimicamente as superfícies dos implantes após os testes de pull out,
a fim de avaliar a qualidade e a quantidade de osso aderido à superfície;
• analisar histologicamente o material orgânico contido na região da rosca
central do implante, a fim de avaliar a qualidade e quantidade de osso aderido
à rosca;
• avaliar a molhabilidade dos implantes antes de serem inseridos, a fim de
poder associá-la com a quantidade e qualidade da matriz orgânica aderida à
superfície em curto prazo, uma vez que a capacidade hidrofílica da superfície
do implante pode ser especialmente decisiva durante a adesão de proteínas;
• fazer análises topográficas por Microscopia de Força Atômica (AFM), a fim de
obter melhores perfis topográficos, que possam auxiliar a esclarecer a relação
entre rugosidade e crescimento ósseo, na superfície dos implantes, levando
em conta a micro textura dos mesmos.
95
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100
ANEXO A
NORMAS PARA PRÁTICA DIDÁTICO-CIENTÍFICA DA VIVISSECÇÃO DE ANIMAIS
Lei 6638, de 08 de maio de 1979.
Art. 1
o
- Fica permitida, em todo o território nacional, a vivissecção de animais, nos
termos desta Lei.
Art. 2
o
- Os biotérios e os centros de experiências e demonstrações com animais
vivos deverão ser registrados em órgão competente e por ele autorizados a
funcionar.
Art. 3
o
- A vivissecção não será permitida:
I - sem o emprego de anestesia; II - em centros de pesquisas e estudos não
registrados em órgão competente;
III - sem supervisão de técnico especializado;
IV - com animais que não tenham permanecido mais de 15 (quinze) dias em
biotérios legalmente autorizados;
V - em estabelecimento de ensino de 1o. e 2o graus e em quaisquer locais
freqüentados por menores de idade.
Art. 4
o
- O animal só poderá ser submetido às intervenções recomendadas nos
protocolos das experiências que constituem a pesquisa ou os programas de
aprendizagem cirúrgico, quando, durante ou após a vivissecção, receber cuidados
especiais.
§ 1
o
- Quando houver indicação, o animal poderá ser sacrificado sob estrita
obediência às prescrições científicas;
§ 2
o
- Caso não sejam sacrificados, os animais utilizados em experiências ou
demonstrações somente poderão sair do biotério 30 (trinta) dias após a intervenção,
desde que destinados a pessoas ou entidades idôneas que por eles queiram
responsabilizar-se.
Art. 5
o
- Os infratores desta Lei estarão sujeitos:
I - às penalidades cominadas no artigo 64, caput, do Decreto-lei 3.688, de
03/10/41, no caso de ser a primeira infração;
101
II - à interdição e cancelamento do registro do biotério ou do centro de pesquisas,
no caso de reincidência.
Art. 6
o
- O Poder Executivo, no prazo de 90 (noventa) dias, regulamentará a
presente Lei, especificando:
I - o órgão competente para o registro e a expedição de autorização dos biotérios
e centros de experiências e demonstrações com animais vivos;
II - as condições gerais exigíveis para o registro e o funcionamento dos biotérios;
III - órgão e autoridades competentes para fiscalização dos biotérios e centros
mencionados no inciso I.
Art. 7
o
- Esta Lei entra em vigor na data de sua publicação.
Art. 8
o
- Revogam-se as disposições em contrário.
102
ANEXO B
CARTA DE COM PARECER DE APROVAÇÃO DA PESQUISA PELO COMITÊ DE
ÉTICA EM PESQUISA DA PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO RIO
GRANDE DO SUL.
103
104
APÊNDICE A
RESUMO DE ARTIGO ENVIADO PARA CONGRESSO INTERNACIONAL –
COLAOB
AVALIAÇÃO DA OSSEOINTEGRAÇÃO DE PARAFUSOS
ODONTOLÓGICOS IMPLANTADOS EM TÍBIAS DE COELHOS USANDO TESTES
DE TORÇÃO E TRAÇÃO
Alexandre C
1
, Renata R
1
, Eduardo B
1
, Roberto H
1
,
Rosilene A M
2
, Roger L S
2
,
Rogério B O
2
1
Grupo de Estudos de Propriedades de Superfícies e Interfaces, Faculdade de Física, Pontifícia
Universidade Católica do Rio Grande do Sul, GEPSI/FAFIS/PUCRS, Porto Alegre RS Brasil,
erdicunha@yahoo.com.br
2
Faculdade de Odontologia, Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul, Porto Alegre,
Brasil
Resumo. A osseointegração é um dos fatores mais importantes em implantes
ortopédicos e odontológicos. É ideal que todo material implantável apresente uma
adequada osseointegração para que sua fixação seja satisfatória e possibilite o
desenvolvimento adequado da função do implante. Normalmente, testes de torção e
tração são usados para avaliar a força adesiva de biomateriais ao tecido ósseo em
ensaios in vivo. Parafusos odontológicos de titânio foram implantados em seis tíbias
de coelhos, cada uma com um parafuso. Após 60 dias as amostras (tíbia – parafuso)
foram removidas cirurgicamente para a realização dos testes de torção e tração. O
objetivo deste trabalho é avaliar a osseointegração dos parafusos odontológicos
implantados através de testes instrumentados de tração conforme a norma ASTM
C 633, comparando os resultados com os testes usuais de torção. Os testes de
torção e tração foram aplicados na direção de inclusão dos parafusos, baseados nas
imagens radiográficas das tíbias. Os resultados obtidos mostraram que os testes
instrumentados de tração apresentam vantagens significativas em relação aos testes
de torção, exibindo o mesmo resultado qualitativo, mas com um erro de medida
muito menor, que provavelmente está associado à reprodutibilidade do ensaio
padronizado.
Palavras-Chave: Osseointegração, Implantes odontológicos, Testes de torção e
tração
105
APÊNDICE B
RESUMOS EXTENDIDOS ENVIADOS PARA ENCONTRO NACIONAL DE
ENGENHARIA BIOMECÂNICA – ENEBI
106
Uma Nova Metodologia para a Avaliação da Osseointegração
de Implantes Ortopédicos e Odontológicos
Renata Pedrolli Renz, GEPSI - Grupo de Estudos de Propriedades de Superfícies e Interfaces,
FAFIS/PUCRS – Faculdade de Física da PUCRS, e-mail: renatarenz@gmail.com
, homepage:
http:// www.pucrs.br/gepsi
Alexandre Cunha, GEPSI - FAFIS/PUCRS, e-mail: erdicunha@yahoo.com.br
Dr. Eduardo Blando, GEPSI - FAFIS/PUCRS, e-mail: eblando@pucrs.br
Dr. Roberto Hübler, GEPSI - FAFIS/PUCRS, e-mail: hubler@pucrs.br
Introdução
A osseointegração caracteriza-se pelo
crescimento de tecido ósseo e seu
ancoramento sobre a superfície do material
implantado, Figura 1b. O crescimento ósseo
sobre a superfície de um biomaterial atua de
maneira decisiva na fixação e consolidação
da interface osso/implante, permitindo que
este substitua adequadamente o tecido
debilitado. Por isso testes que permitam
avaliar de forma precisa e confiável o
processo de osseointegração são
fundamentais. Atualmente, testes mecânicos
de torque de remoção e contra torque são
amplamente aplicados na implantodontia
para a avaliação da osseointegração de
implantes, sendo considerados como padrão
de avaliação (
a
Rønold, 2002;
b
Rønold, 2002).
Na prática, foi observado que esta
metodologia pode apresentar certos erros e
imprecisão de resultados, uma vez que estes
testes são aplicados manualmente com a
utilização de torquímetros digitais, estando
susceptíveis a erros do operador, como
angulação do aparelho, por exemplo
(Rønold, 2003; Cunha, 2006).
Este trabalho propõe uma nova metodologia
para a avaliação da osseointegração de
implantes através da aplicação de testes
mecânicos de pull out, realizados por um
equipamento universal de tração
automatizado e fundamentado de acordo
com a norma ASTM C633, o que possibilita
obter resultados mais precisos e confiáveis.
Através das curvas de tensão x deformação
também é possível obter diversas
propriedades adesivas das superfícies em
contato, ampliando as informações sobre o
sistema em estudo.
Metodologia Proposta
Preparação dos implantes
Foram preparados discos de Ti de alta
pureza (ASTM grau 4), com 6 mm de
diâmetro e 4 mm de espessura, com uma
rosca central M3 para permitir a tração dos
mesmos, como mostrado na Figura 2.
Figura 1: a) Osso com implante de Ti,
embutido em resina acrílica e b) implante
osseointegrado [Cunha, 2006].
Figura 2: Implantes de Ti ASTM grau 4 do tipo
disco.
Os discos foram modificados
superficialmente e divididos em grupos de
acordo com os tratamentos descritos na
Tabela 1; sendo, posteriormente,
esterilizados e implantados em modelo
animal.
Tabela 1: Tratamentos superficiais aplicados
nos implantes.
Grupos Tratamentos Superficiais
A Usinado [Controle]
B Ataque ácido
C
Jato de Al
2
O
3
120 µm
+ Ataque ácido
D
Jato de TiO
2
100 µm + Ataque ácido
E
Jato de TiO
2
150 µm + Ataque ácido
F Escovamento
G Escovamento + Ataque ácido
Modelo Animal – Estudos in vivo
Como modelo animal é proposta a utilização
de ovinos adultos e clinicamente sadios,
devido a maior quantidade de massa óssea e
metabolismo similar ao do ser humano. As
ovelhas foram submetidas a exames de ecto
e endoparasitas antes da seleção da
amostragem, com o intuito de excluir
b)
Implante Ti
6 mm
4 mm
a)
107
qualquer animal que apresentasse possíveis
infestações. Os ovinos foram criados pelo
método Ran Rotacional de criação
heterogênica e mantidos em condições de
biotério convencional durante o período da
pesquisa.
Procedimento Cirúrgico e Eutanásia
O procedimento cirúrgico foi realizado
obedecendo a seguinte seqüência de
operação, que é mostrada na Figura 3: I –
Sedação através de inalação de éter
sulfúrico, seguida da indução anestésica por
Zoletil®; II – Exposição e anti-sepsia do
campo a ser operado, com a utilização de
iodo alcoólico 2 %; III – Isolamento da área a
ser operada; IV – Tricotomia da região; V –
Afastamento dos tecidos moles; VI –
Exposição da cortical óssea; VII – Adaptação
do template para a marcação dos locais de
inserção dos implantes; VIII – inserção dos
implantes; IX – Reposicionamento do
periósteo e tecidos moles; X – Sutura da
ferida operatória por pontos simples,
utilizando fio agulhado de nylon 2.0.
Figura 3: Procedimento cirúrgico mostrando
as etapas III, IV, V, VI, VII e X.
Após o procedimento cirúrgico, os animais
foram mantidos vivos por um período de 30
dias, para a ocorrência do processo de
osseointegração. A eutanásia para a retirada
das amostras foi realizada através da injeção
letal de tiopental sódico via endovenosa.
Após a remoção, o conjunto osso/implante foi
mantido em glutaraldeído 2 % até a
realização das análises.
Preparação das amostras para o teste de
pull out
Uma vez retirados do glutaraldeído e limpos
em água deionizada corrente, o conjunto foi
embutido em resina acrílica de co-polímero
de metil metacrilato, para adaptação da garra
inferior do equipamento de tração. Para
garantir uma fixação adequada da garra
superior do equipamento e aplicação do
teste, foi necessário adaptar um parafuso
sobre a rosca do implante com auxílio de um
a
g
ente colante, como visto na Fi
g
ura 1a.
A
plicação e análise dos testes de pull ou
t
para a avaliação da osseointegração
Todos os parâmetros de ensaio foram
ajustados de acordo com as indicações da
norma ASTM C633, até a ruptura do conjunto
osso/implante. Como resultado do ensaio
obteve-se uma curva de tensão
x
deformação, similar a Figura 4, onde se
associa a força máxima de ruptura com a
força de adesão osso/implante.
Força [N]
Deformação [mm]
Curva Tensão x Deformação
Tensão de ruptura
Figura 4: Curva tensão x deformação obtida
no teste de pull out.
Resultados
Foi possível observar que o teste de
p
ull ou
t
garante, de forma mais precisa, a distinção
de pequenas alterações superficiais na
preparação dos implantes que resultaram em
diferentes processos de osseointegração.
Também foi possível observar o
comportamento elasto-plástico do tecido
ósseo novo que pode ser associado com a
qualidade do tecido neoformado, o qual era
impossível de ser observado nos testes de
torque.
Referências bibliográficas
A
STM C633. Recomendação técnica.
Standard Test Method for Adhesion o
r
Cohesion Strength of Thermal Spra
y
Coatings, 2001.
Cunha, A.; et al.
A
valiação da
osseointegração de parafusos odontológicos
implantados em tíbias de coelhos usando
testes de torque e pull out. COLAOB, 2006.
a
Rønold, H. J.; Ellingsen, J. E., The use of a
coin shaped implant for direct in situ
measurement of attachment strength fo
r
osseointegrating biomaterial surfaces.
Biomaterials, v.23, p.2201–2209, 2002.
b
Rønold, H. J.; Ellingsen, J. E., Effect o
f
micro-roughness produced by TiO
2
blasting -
tensile testing of bone attachment by using
coin-shaped implants. Biomaterials, v.23,
p.4211–4219, 2002.
Rønold, H.J.; Lyngstadaas, S.P.; Ellingsen,
J.E. Analysing the optimal value for titanium
implant roughness in bone attachment using
a tensile test.
Biomaterials, v.24, p.4559-
4564, 2003.
III
IV
V
VI
III
VII
X
108
Avaliação da Força Adesiva de Revestimentos Porosos de Ti
Depositados sobre Discos de Ti ASTM Grau 4 Modificados
Superficialmente
Alexandre Cunha, GEPSI - Grupo de Estudos de Propriedades de Superfícies e Interfaces,
FAFIS/PUCRS – Faculdade de Física da PUCRS, e-mail: erdicunha@yahoo.com.br
, home-page:
http://www.pucrs.br/gepsi
Renata Pedrolli Renz, GEPSI-FAFIS/PUCRS, e-mail: renatare[email protected]om
Dr. Eduardo Blando, GEPSI-FAFIS/PUCRS, e-mail: eblando@pucrs.br
Dr. Roberto Hübler, GEPSI-FAFIS/PUCRS, e-mail: hubler@pucrs.br
Introdução
Ao longo do tempo, inúmeros modelos de
próteses de quadril foram projetados e
produzidos, principalmente devido aos
inúmeros casos de doenças degenerativas
da cabeça do fêmur ou acidentes envolvendo
esta região e também pela dificuldade de
obter um implante que apresente uma
fixação ideal ao osso. Basicamente, é
possível classificar as diferentes próteses
ortopédicas em dois grandes grupos:
cimentadas e não cimentadas. As próteses
cimentadas necessitam da inserção conjunta
de cimento ortopédico (PMMA) para a
fixação da prótese ao osso. Os implantes não
cimentados recebem uma texturização na
região de fixação óssea, podendo ser feita
através de processos mecânicos, químicos
ou pela deposição de uma camada porosa,
visando eliminar o uso de cimento ortopédico
[Zao, Liu; 2006]. Com o advento da
deposição de revestimentos porosos, através
das técnicas de aspersão térmica, o
crescimento ósseo para o interior dos poros
possibilita um ancoramento e fixação do
tecido ao implante [Chu, Chen; 2002]. A
desvantagem desta técnica em relação a
outras, refere-se à obtenção de uma baixa
força de adesão do revestimento ao implante.
Uma forma de resolver este problema é a
modificação superficial dos implantes
anteriormente a deposição da camada
porosa, objetivando o aumento da força
adesiva na interface revestimento/implante
[
a,b
Rønold, Ellingsen; 2002]. O objetivo deste
trabalho é aplicar diferentes tratamentos
superficiais em discos de Ti, anteriormente a
deposição da camada porosa de Ti,
analisando posteriormente a força adesiva do
revestimento, de acordo com a norma ASTM
C633 - Standard Test Method for Adhesion or
Cohesion Strength of Thermal Spray
Coatings.
Materiais e Métodos
Preparação dos implantes
Foram produzidos 24 discos de Ti ASTM
grau 4, com 6 mm de diâmetro, 4 mm de
espessura e uma rosca central M3, conforme
a Figura 1.
Figura 1 Implantes de Ti ASTM grau 4 do
tipo disco.
Posteriormente, os discos foram limpos em
banho de ultra-som com acetona P.A.
durante 10 minutos, para a aplicação dos
diferentes tratamentos superficiais.
Tratamentos superficiais dos implantes
Os discos foram modificados
superficialmente, e separados em diferentes
grupos, de acordo Tabela 1.
Tabela 1: Distribuição dos grupos de
acordo com o tratamento superficial
aplicado.
Grupos Tratamento Superficial
A
Usinado [Grupo Controle]
B
Ataque ácido
C
Jato Al
2
O
3
120
µ
m + Ata
q
ue ácido
D
Jato TiO
2
100
µ
m + Ata
q
ue ácido
E
Jato TiO
2
150
µ
m + Ata
q
ue ácido
F
Escovados
Deposição do revestimento poroso
Após os tratamentos superficiais aplicados,
os discos foram fixados a uma placa de
Alumínio, como mostra a Figura 2, e
submetidos à deposição do revestimento
6 mm
4 mm
M3
109
po
r
oso de Ti, através da técnica de
p
lasma
spraying, utilizando o mesmo processo
aplicado por uma empresa nacional, em
implantes de quadril.
Figura 2: Placa de Alumínio com os
implantes após a deposição do
revestimento poroso.
Microscopia Eletrônica de Varredura
A
s análises esteriográficas dos revestimentos
permitiram avaliar a espessura média,
percentual de porosidade, tamanho médio
dos poros e percentual de volume vazio, de
acordo com a norma ASTM F 1854, exigida
pela ANVISA e FDA. As medidas foram feitas
a partir de micrografias de superfície e corte
transversal dos implantes, obtidas em um
equipamento da marca Philips, modelo XL
30.
Aplicação do Teste de Pull Out
A
avaliação da força adesiva na interface
revestimento/implante, de acordo com a
norma ASTM C633, foi realizada em um
equipamento universal de tração da marca
EMIC, modelo DL 2000. Após a aplicação do
teste, foi calculada a força máxima por
unidade de área dos discos, necessária para
a completa remoção do filme poroso,
j
untamente com a obtenção de uma curva
tensão x deformação, como mostra a Figura
3.
Força [N]
Deformação [mm]
Curva Tensão x Deformação
Tensão de ruptura
Figura 3: Curva tensão – deformação
típica de um teste de tração.
Resultados
Foi possível observar uma melhora na
adesão dos revestimentos porosos nos
implantes tratados superficialmente em
relação ao grupo controle, sem afetar
significativamente as propriedades
esteriográficas dos revestimentos.
Foi observado que as alterações ficaram
limitadas à região da interface filme-metal
base, preservando a qualidade da superfície
disponível para o crescimento ósseo.
Referências Bibliográficas
ASTM C633. Recomendação técnica.
Standard Test Method for Adhesion o
r
Cohesion Strength of Thermal Spra
y
Coatings, 2001.
ASTM F1854. Recomendação técnica.
Standard Test Method for Stereologica
l
Evaluation of Porous Coatings on Medica
l
Implants, 2001.
Chu, P.K.; Chen, J.Y., Plasma-surface
modification of biomaterials. Material
s
Science and Engineering, V.36, p. 143-206,
2002.
a
Rønold, H. J.; Ellingsen, J. E., The use of a
coin shaped implant for direct in sit
u
measurement of attachment strength fo
r
osseointegrating biomaterial surfaces.
Biomaterials, v.23, n.10, p.2201–2209, 2002.
b
Rønold, H. J.; Ellingsen, J. E, Effect o
f
micro-roughness produced by TiO
2
blasting—tensile testing of bone attachmen
t
by using coin-shaped implants. Biomaterials,
v.23, n.22, p.4211–4219, 2002.
Rønold, H. J.; Ellingsen ; Lyngstadaas, S.P;
Ellingsen, J.E.
A
nalysing the optimal value fo
r
titanium implant roughness in bone
attachment using a tensile test. Biomaterials,
v.24, n.25, p.4559-4564, 2003.
Zao, X.; Liu, X., In vitro bioactivity of plasma
-
sprayed TiO
2
coating after sodium hydroxide
treatment. Surface & Coatings Technology,
V.200, p. 5487-5492, 2006.
110
Avaliação do Comportamento Corrosivo de Discos de Titânio
Submetidos a Diferentes Tratamentos Superficiais
Dr. Roberto Hübler, GEPSI - Grupo de Estudos de Propriedades de Superfícies e Interfaces,
FAFIS/PUCRS – Faculdade de Física da PUCRS, e-mail: hubler@pucrs.br
, homepage: http://
www.pucrs.br/gepsi
Renata Pedrolli Renz, GEPSI - FAFIS/PUCRS, e-mail: renatarenz@gmail.com
Alexandre Cunha, GEPSI - FAFIS/PUCRS, e-mail: erdicunha@yahoo.com.br
Saulo Davila Jacobsen, GEPSI - FAFIS/PUCRS, e-mail: saulo_jacobsen@hotmail.com
Dr. Eduardo Blando, GEPSI - FAFIS/PUCRS, e-mail: eblando@pucrs.br
Introdução
O titânio e suas ligas são largamente
aplicados como materiais para implantes
ortopédicos e odontológicos, devido ao baixo
módulo de elasticidade, boa resistência à
corrosão e excelente biocompatibilidade
[Jiang, Wang; 2006]. Em contato com o
organismo biológico, implantes de Ti estão
sujeitos à interação com meios corrosivos,
H
2
O
2
, sangue, fluido ósseo, entre outros. Em
casos de infecções, o meio em que se
encontra o implante torna-se ainda mais
ácido, diminuindo o seu pH, aumentando a
probabilidade de corrosão. Diferentes
processos de acabamento superficial podem
induzir alterações nas propriedades físicas e
químicas dos implantes e são geralmente
utilizados para melhorar o processo de
osseointegração nos mesmos [Reclaru, Lerf;
2003]. Porém, estas alterações superficiais
podem tornar o implante mais susceptível ao
ataque corrosivo no corpo humano podendo
gerar sua falência prematura. Devido a este
fato, é importante que o material implantado
apresente uma boa resistência a corrosão,
visando à garantia do longo tempo de vida do
implante, sem liberação iônica excessiva no
organismo [Aparício, Gil; 2003].
O objetivo deste trabalho é avaliar o
comportamento corrosivo de implantes de Ti
de alta pureza (ASTM Grau 4), segundo a
norma ASTM F746-Standard Method for
Pitting or Crevice Corrosion of Metallic
Surgical Implant Materials, modificados
superficialmente, procurando identificar o
tratamento superficial mais eficaz em relação
à resistência a corrosão.
Materiais e Métodos
Preparação dos implantes
Foram fabricados 21 discos de Ti ASTM grau
4, com um total de 6 mm de diâmetro e 4 mm
de espessura, conforme mostrado na Figura
1. A limpeza dos implantes foi realizada em
água deionizada corrente e posteriormente
em acetona P.A. com banho de ultra-som
durante 10 minutos.
Figura 1: Discos de Ti ASTM grau 4
submetidos a diferentes modificações
superficiais.
Tratamentos Superficiais
Para avaliar a influência do tratamento
superficial no desgaste corrosivo, a superfície
dos implantes foi modificada por jateamento
com partículas de Al
2
O
3
de 120 µm e TiO
2
com 100 µm e 150 µm, ataque ácido e
escovamento. Os discos foram separados
em sete grupos, como mostrado na Tabela 1.
Tabela 1: Tratamentos superficiais
aplicados nos implantes.
Grupos Tratamentos Superficiais
A Usinado [Controle]
B Ataque ácido
C Jato de Al
2
O
3
120 µm + Ataque
ácido
D
Jato de TiO
2
100 µm + Ataque
ácido
E
Jato de TiO
2
150 µm + Ataque
ácido
F Escovamento
G Escovamento + Ataque ácido
Rugosidade Superficial
Para avaliar a topografia superficial dos
implantes modificados, foram utilizados
cálculos de rugosidade a partir de análises
de microscopia eletrônica de varredura, tanto
superficial como em secção transversal,
111
feitas em um equipamento Philips modelo
XL-30.
Teste de resistência à corrosão
Para avaliar a resistência à corrosão dos
implantes em meio fisiológico, foram
realizados testes segundo a norma ASTM
F746, onde os implantes são imersos em um
eletrólito de solução salina (NaCl 0,9%) a
37
0
C conforme recomendações da ANVISA
e FDA. As análises de corrosão foram
realizadas em um equipamento AUTOLAB
modelo PGSTAT302, através da técnica de
voltametria.
Resultados
Foi observado que os implantes submetidos
a diferentes tratamentos superficiais
apresentaram uma topografia bastante
variada, como pode ser visto na Figura 2.
Figura 2: Microscopia óptica com
magnificação de 500 X dos discos de Ti
A
ST
M
grau 4 modificados por: a) ataque
ácido e b) escovamento.
De acordo com as microscopias ópticas
realizadas anteriormente as microscopias
eletrônicas de varredura, o ataque ácido
possibilitou a revelação dos grãos dos
átomos de titânio, produzindo certas regiões
rugosas em relação aos implantes do grupo
controle. Com o escovamento obteve-se a
formação de ranhuras, sulcos bem profundos
e paralelos, responsáveis pelo significativo
aumento da rugosidade superficial em
relação aos implantes atacados com ácido.
Mesmo com a variação na rugosidade dos
implantes, não ocorreu uma alteração
significativa no comportamento corrosivo dos
mesmos, que ficaram dentro dos limites
estabelecidos pela norma ASTM F746. A
amostra apenas escovada, sem a imersão
em ácido, apresentou a menor resistência à
corrosão, indicando que a passivação das
superfícies é de fundamental importância
para aplicações práticas.
Discussões Finais
Todos os tratamentos aplicados produziram
alterações significativas na rugosidade
superficial dos implantes, porém sem
comprometer o desempenho frente à
corrosão. Foi observada uma relação direta
entre a rugosidade e os valores de corrente
de dissolução de titânio no eletrólito,
provavelmente devido ao aumento de área
exposta ao eletrólito.
Referências bibliográficas
Aparício, C.; Gil, F. J.; et al, Corrosion
behaviour of commercially pure titanium sho
t
blasted with different materials and sizes o
f
shot particles for dental implant applications.
Biomaterials, V. 24, p. 263-273, 2003.
ASTM F 746-87. Recomendação técnica.
Standard Test Method for Pitting or Crevice
Corrosion of Metallic Surgical Implan
t
Materials, 1987 (reaprovada em 1999).
Jiang, X. P.; Wang, X. Y.; et al, Enhancemen
t
of fatigue and corrosion properties of pure T
i
by sandblasting. Materials Science &
Engineering A, V. 429, p. 30-35, 2006.
Reclaru, L.; Lerf, R.; et al, Evaluation o
f
corrosion on plasma sprayed and anodize
d
titanium implants, both with and without bone
cement. Biomaterials, V. 24, p. 3027-3038,
2003.
a b
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