Dadas sus propiedades mecánicas superiores, los materiales a base de zirconio han ampliado el abanico de diseños y los límites de la aplicación de todas las restauraciones cerámicas. Cuando se combina con los sistemas modernos de fabricación/diseño asistido por ordenador (CAD/CAM), la producción de estructuras complejas y precisas de zirconio no requiere más que algunos clicks en el teclado. Adicionalmente, el zirconio es un material para estructura blanca que proporciona una estética superior, especialmente cuando el margen de la preparación se localiza supragingivalmente y el espacio disponible no puede acomodar el grosor mínimo necesario para incorporar la carilla de cerámica requerida1.
Por otro lado, el zirconio tiene diferentes propiedades físicas y mecánicas en comparación con los pilares implantarios estándar de titanio, y para lograr resultados óptimos es necesario prestar una atención meticulosa a numerosos factores. Uno de los factores más importantes que pueden afectar directamente a su rendimiento es el diseño del pilar. A pesar de presentar un módulo elástico elevado (215 GPa) y una resistencia a la flexión elevada (1.000 MPa) que sobrepasan los de muchas aleaciones metálicas, el zirconio no puede utilizarse en cortes finos debido a su fragilidad característica2. En el caso de restauraciones fijas, el grosor mínimo requerido oscila entre 0,5 y 0,7 mm, que debe incrementarse en las zonas sometidas a una tensión elevada (por ejemplo zonas del conector) y exige un manejo cuidadoso de estos pilares3.
El uso de zirconio para la producción de pilares implantarios se complica aún más por el problema de proporcionar una fijación adecuada mediante tornillos al cuerpo del implante. Este problema se soluciona mediante la inserción de una tuerca de ajuste por fricción, que proporciona un hex externo o interno para establecer una conexión adecuada con el cuerpo del implante (Procera Zirconio, Nobel Biocare). No obstante, este ensamblaje único exige un manejo cuidadoso para realizar la función esperada y evitar lesionar alguno de sus componentes. El objetivo de este estudio fue examinar cinco pilares implantarios con una fractura clínica utilizando los principios de la fractografía.
Materiales y métodos
Los autores recuperaron 5 pilares de zirconio con fracturas clínicas (Procera Zirconio, Nobel Biocare) para su análisis fractográfico, y los respectivos odontólogos proporcionaron los registros dentales (tabla 1). Los odontólogos indicaron que en más de una ocasión, la tuerca metálica se había aflojado de la superficie de ajuste del pilar de zirconio y que habían tenido que ensamblar de nuevo los componentes de forma manual. La tuerca metálica se apretó utilizando un sistema de control de torque sugerido por el fabricante (35 Ncm). Todos los pilares se fabricaron utilizando la tecnología CAD/CAM, proporcionando pilares individuales customizados para un cuerpo de implante Straumann. Tras el sinterizado, se insertó una tuerca metálica (ajuste por fricción) utilizando una prensa especial para proporcionar conexión al cuerpo del implante.
Se obtuvieron fotografías digitales de los fragmentos rotos y se limpiaron mediante ultrasonidos, se esterilizaron, secaron y se revistieron con oro mediante pulverización para su examen al microscopio electrónico de barrido (MEB) (XL30, Philips). Los fragmentos se volvieron a ensamblar morfológicamente según la forma del pilar para permitir establecer la orientación adecuada durante el examen.
Los fragmentos, incluidas las coronas con carillas de zirconio, se examinaron en primer lugar bajo luz oblicua para permitir la identificación de la zona crítica de fractura, y posteriormente mediante MEB a diferentes aumentos. La localización y las dimensiones de cada fisura crítica se identificaron utilizando las regiones mirror, mist y hackle como zonas características4. Las dimensiones de la fisura crítica (Cr) se calcularon utilizando la siguiente ecuación5:
Cr = 0,75(a x b)1/2
donde «a» es la profundidad de la fisura y «b» es la mitad de la anchura de la fisura. La tensión de fractura (Q) se calculó utilizando la siguiente ecuación6:
Q = Kic/1,24 x (Cr)1/2
donde «Kic» es el factor de intensidad de la tensión crítica del zirconio (establecida en 5,7 MPam1/2 según una publicación anterior7). Se identificaron otros signos de lesiones como marcas de fricción, microfisuras, y pulido y se utilizaron para explicar de forma detallada el mecanismo del fallo de las restauraciones fracturadas.
Resultados
El examen fractográfico de los fragmentos permitió identificar la fisura crítica en tres pilares (figuras 1 a 3). Todas las fisuras críticas se localizaron en la superficie interna de los pilares de zirconio, en la zona de contacto con la tuerca metálica (figuras 1a y 1b). Las dimensiones de la fisura crítica permitieron estimar de forma precisa la tensión generada durante la fractura (978 y 1.228 MPa), valores muy cercanos a la resistencia interna de los materiales de zirconio utilizados para aplicaciones dentales (figuras 1c, 2b y 3). El examen al MEB reveló la presencia de marcas de fricción y abrasión en la superficie interna de los pilares de zirconio, así como en la cabeza del tornillo de fijación (figura 1e). Las otras dos muestras se fracturaron a causa del exceso de reducción de las paredes laterales (figuras 4a y 4b), que dio lugar a cortes transversales en la zona de la fractura (ca: 324 μm) (tabla 1).
Figura 1a Fotografía digital de la muestra 1 indicando la localización de la fisura crítica en uno de los fragmentos.
Figura 1b Imagen al MEB de la muestra 1 indicando la localización de la fisura crítica, donde el pilar contacta con el tornillo de fijación metálico. Las flechas blancas indican la localización de las líneas de arresto (324x).
Figura 1c Imagen al MEB de la muestra 1 mostrando las dimensiones de la fisura crítica (350x).
Figura 1d (izquierda) Imagen al MEB de la muestra 1 mostrando el tornillo de fijación y el ensamblaje con la tuerca metálica. La ranura vertical en la tuerca está diseñada para permitir el ajuste friccional, y la presión de la cabeza del tornillo puede generar fuerzas de bloqueo (315x).
Figura 1e (derecha) Imagen al MEB de la muestra 1 mostrando las marcas de fricción en el tornillo de fijación, lo que podría provocar la abertura de una ranura vertical y la generación de tensiones internas en el pilar de zirconio (3120x).
Figura 2a Fotografía digital de la muestra 2 enseñando fragmentos de una muestra rota.
Figura 2b Imagen al MEB de la muestra 2 indicando las dimensiones de la fisura crítica (3650x).
Figura 3 Imagen al MEB de la muestra 3 señalando las dimensiones de la fisura crítica (3800x).
Figura 4a Fotografía digital de la muestra 2 indicando la fractura de las paredes axiales debido a un exceso de reducción.
Figura 4b (derecha) Aspecto intraoral de la muestra 4 indicando el adelgazamiento de la pared axial debido a un exceso de reducción.
Los historiales médicos de los pacientes indicaron la existencia de movimientos leves de las coronas implantosoportadas, que requirieron la extracción temporal de las mismas (cementadas de forma temporal en todos los pacientes) y el ajuste del tornillo de fijación. Los odontólogos también describieron dificultades relacionadas con la reinserción de la tuerca metálica en la superficie de ajuste de los pilares de zirconio.
Discusión
A pesar de que las pruebas de resistencia a la fractura realizadas en el laboratorio indicaron que los materiales a base de zirconio son suficientemente fuertes para resistir fuerzas de carga en la región dental posterior, no explican la influencia significativa del diseño, el patrón de distribución de la tensión, y la degradación de las propiedades del material como consecuencia de la fatiga. Este hecho subraya la clara necesidad de estudios clínicos a largo plazo con un grupo mayor de datos que apoyen estos resultados3.
Los procedimientos de diseño y aplicación de los pilares metálicos se idealizan para obtener todas las ventajas del comportamiento elástico de estos materiales. Esto permite acomodar cierto grado de deformación elástica durante el ajuste del tornillo, lo que comporta una fijación fiable al cuerpo del implante. Además, estas aleaciones también pueden acomodar la deformación plástica generada a causa de la fricción entre los diferentes componentes.
Desgraciadamente, el zirconio es un material muy sensible y la fractura es el primer signo de sobrecarga por tensión: una característica típica de todas las restauraciones cerámicas. Dada la elevada dureza y fragilidad de su superficie, se generan grandes tensiones en los puntos de contacto entre el pilar de cerámica y otros componentes del implante. Un grado limitado de libertad rotacional junto con una leve inadaptación provocaría la generación de gran tensión en la interfaz pilar-tuerca, lo que produciría un aflojamiento de los componentes ensamblados8,9.
El examen fractográfico de los pilares fracturados reveló que la fisura crítica se localizó en la zona donde el pilar de zirconio contactaba con el tornillo de fijación metálico. Ajustar el tornillo de fijación más allá del torque recomendado no solamente provoca la generación de tensiones muy elevadas en esta región, sino que también puede inducir un estrés muy elevado en la cabeza del tornillo, lo que genera fuerzas de bloqueo dentro del pilar. El examen al MEB de la tuerca metálica reveló la presencia de una ranura vertical diseñada para permitir el ajuste friccional entre la tuerca metálica y las paredes internas del pilar (figura 1d). La presión del tornillo de fijación podría generar fuerzas de bloqueo, que a su vez generarían una tensión circunferencial muy elevada en las paredes internas del pilar cerámico. Debe destacarse que los antecedentes de aflojamiento del tornillo en las muestras fracturadas, la influencia de la fatiga y la lesión de la superficie observada en el fallo de superficie del tornillo también hubiesen podido producirse con valores mucho más bajos8,10. También puede asumirse que el asentamiento cuidadoso del pilar implantario de zirconio y el uso de instrumentos de control de torque posiblemente pudieron evitar la generación de estas fuerzas destructivas. Por tanto, se recomienda realizar una radiografía antes del ajuste final del tornillo de fijación para asegurar que todo el ensamblaje está orientado de forma adecuada9. Adicionalmente, el fallo inesperado de los pilares de zirconio pudo estar relacionado con otras causas como defectos en el proceso de fabricación, fracturas en la estructura verde, tensión antes del sinterizado o errores de manejo.
Dos pilares se fracturaron debido a un exceso de reducción de las paredes axiales. Para que el pilar de zirconio resista las cargas funcionales aplicadas, el grosor mínimo de la pared no debe reducirse más allá de los 0,5 a 0,7 mm. El exceso de reducción puede ser consecuencia de la corrección de la vía de inserción de los pilares de zirconio angulados. En estos casos puede ser más ventajoso utilizar un pilar de titanio.
Agradecimientos
Los autores desean agradecer la ayuda y el apoyo de Rien van Paridon.
Correspondencia: Moustafa N. Aboushelib,
Dental Biomaterials Department, Faculty of Dentistry, Champolion Street, Azarita, Alexandria University, Egypt.
e-mail: info@aboushelib.org