La fuerza de fricción en ortodoncia

UNIVERSIDAD DE CUENCAPOSTGRADO DE ORTODONCIA

“La Fuerza de Fricción en Ortodoncia”

Od. Clara Alejandra Pacheco.

INTRODUCCION

Importante en ortodoncia la baja fricción en las mecánicas de deslizamiento (bracket-alambre-

ligadura).

La fricción clásica es el producto de multiplicar el coeficiente de fricción por la fuerza normal aplicada

FFR= μ · Fn

DOMINGUEZ, Sánchez. M, YESTE Ojeda. FM; Sistemas autoligables de miníma fricción: ¿ la fricción imperfecta?; Sistemas autoligables de mínima fricción: ¿la fricción imperfecta? O:6-8

• Alta resistencia friccional entre materiales que tienendiferente coeficiente de fricción (u)

alambre de acero brackets de cerámica

ligaduras de poliuretano

URIBE, Gonzalo Alonso; Ortodoncia Teórica y Clínica; Segunda Edición; 2010

• Materiales del mismo coeficiente disminuye un poco laresistencia al deslizamiento.

alambre de acero inoxidable ligaduras de acero inoxidable

bracket de acero inoxidable


• Fuerza friccional (Ff) por contacto directo entre los brackets, el alambre y las ligaduras.

• Deslizamiento, sin producir daño biológicos, ni reabsorción

magnitud de la fuerza

(F)

que el sist entrega (F total)

respecto a la F efectiva (< que la total)

La diferencia se invierte en vencer el rozamiento


Paciente del Postgrado de Ortodoncia de la Universidad de Cuenca

FRICCIÓN

• Fuerza Tangencial

• Ff resiste al deslizamiento

• Actua en dirección opuesta a la del sentido en mov o del mov incipiente.

• Las fuerzas de rozamiento

Ley de Coulomb

W

Ff F

FRICCION

N

La fuerza friccional (Ff) es proporcional a la fuerzaNormal (N) multiplicada por el coeficiente de fricción

(u): Ff = uN


TRIBOLOGIA

• (British Department of education and science)

• Fricción, Lubricación y Desgaste

• Interacción de superficies en relación con el movimientoentre ellas y otras actividades relacionadas

Ff F

Cuerpo en reposo

W

N

W

N

Ff F

Cuerpo en movimiento


TIPOS DE FRICCION

• Fricción en seco (Coulomb): cuerpos rígidos en contacto a lo largo de superficies no lubricadas

• Fricción Fluida: capas de fluido que se mueven a distintavelocidad

• Fricción en ortodoncia: es la fuerza que retarda el movimientode dos superficies de contacto (brackets y arco de alambre)


Emergen dos componentes de la F: Ff y la F normal (N), donde Ff es directamente propocional a N.

F = uN


• Fricción estática se opone acualquier fuerza aplicada, deforma que cuando estafuerza es vencida, elmovimiento comienza (iniciael movimiento)

• La fricción cinética o clásicaes menor que la estática, seopone a la dirección demovimiento del diente(mantiene el mov)

COEFICIENTES DE FRICCION


Sistemas ortodónticos con fricción

•

-Resortes metálicos de acero, Ni/Ti

-Cadenas elastoméricas

- Ranuras 0.022x 0.028

- Utiliza arcos rígidos de acero inox: redondos, cuadrados y rectangulares


Arcos de acero inoxidable utilizados para la retracción decaninos.

•0.016”: Arco de alambre mas usado, tiene poco controlbucolingual•0.016”x 0.016”: Es el mejor para técnica friccional, buencontrol bucolingual y mesiodistal, debido a que el tamaño delalambre ocupa mayor superficie de la ranura•0.016”x 0.022”: Mayor control bucolingual y mesiodistal.•0.019” x 0.025”: Para la retracción en masa de los seisanteriores.

CAMARGO, Liliana; GARCIA, Sandra; Fricción durante la retracción de caninos en ortodoncia: revisión de literatura; Revista CES Odontología Vol. 20. N° 2. 2007

Sistemas ortodónticos sin fricción

150 gf

Fuerza

Ansa

• Arcos de alambre completo o Seccional• Ansas confeccionadas con alambre0.017x 0.025 de acero inox y Ti/Mo• Son pocos rígidos• Los cambios en la dirección de la F son mínimos


Variables que afectan la resistencia friccional en la mecánica de deslizamiento en ortodoncia

Factores físicos

Propiedades de alambre de ortodoncia:

material, sección transversal, espesura, text

ura de la superficie y rígidez.

Tipo de atadura entre el alambre y bracket o tipo de instrumento

utilizado

Propiedades del bracket: material,

tratam de superficie, proceso de

fabricación, slot, numde aletas.

Aparato ortodóntico:

distancia interbracket, d

iferencia de altura, fuerza

aplicada

CORREIRA, Vanesa. RODRIGUES, Ma Elisa; A forca de atrito em braquetes plásticos e de aco inoxidável com a utilizacao de quatro diferentes tipos de amarracao;; Dental Press J Orthod. 2010 Mar-Apr; v. 15, no.2, p 82-86.

Factores biológicos y ambientales

• Saliva, microfilme bacteriano, película adquirida

• Corrosión

• Películas alimentarias en las ranuras

Los brackets

• Textura y rugosidad de las ranuras

• Angulo de las aletas que afectan el ángulo de la ligadura

• La prescripción de 1ro, 2do y 3er orden

• Diseño de autoligado pasivo y activo.


Material de fabricación de los alambres

• Andreasen (1982), alambresde Ni/Ti, presentan menorfricción, en relación a los deacero inoxidable

• No hay diferencias entre losarcos con 0° de angulación

• Angulo entre el bracket yalambre problemas desegundo orden

Módulo elástico, mejora la fricción del

Ni/Ti


MEASUREMENT OF FRICTION FORCES BETWEEN STAINLESS STEEL WIRES AND‘‘REDUCED-FRICTION’’ SELF-LIGATING BRACKETS

MATERIALES Y METODOS

The assembling appliance: 1, base plate; 2, hardened

steel rods; 3, microscrews; 4, brackets; 5, wire

section; 6, weight; 7, positioning fork. The wide arrow

on the top points to the load cell direction.

REZNIKOV, Natalie. HARZION, Gilad; Measurement of friction forces between stainless steel wires and "reduced-friction" self-ligating brackets; American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics Volume 138. Number 3

De las 5 marcas de brackets experimentados:

• 3 brackets autoligados: 2 pasivos (Damon2, Ormco,Glendora, CA, USA), SmartClip, 3M Unitek, Monrovia, CA, USA

• 1 activo (In-Ovation, GAC International, Bohemia, NY, USA)

• Dos tipos de brackets ligados de control fueron utilizados:

• Un bracket convencional Victory- MBT con Slide, ligadura debaja fricción (Leone, America, Avondale, AZ, USA)

• Bracket Victory MBT, con ligadura elastomérica individual(módulos, Sani-Ties Silver, GAC International).

• Brackets incisivos centrales superiores 0.022, torque 12° (Damon 2, In Ovation), 17° (Smart Clip, Victory)

Se trabajó con un alambre rígido de aceroinoxidable 0.019x 0.025 (3M Unitek) para todos losbrackets

El propósito de este estudio fue determinar elrango de la deflexión del alambre clínicamenterazonable

RESULTADOS

varias muestras de alambre mostraron una superficie rayada

De mayor a menor: SmartClip, Damon y In-Ovation

Ligaduras y módulos convencionales (poliuretano) no rayan la superficie metálica

Fig 4. SEM pictures of stainlesssteel wire coupled withDamon2 (a) SmartClip (b), In-Ovation (c),Victory-Slide (d), Victory-conventional module (e), andas-received wire sample (f).Magnification,1000 times; voltage, 30 kV.The horizontal bar at the lowerright corner of each imageequals 100.0 mm.

CONCLUSIONES

Brackets de autoligado tienen una considerable resistencia a la fricción en deflexiones distintas de cero de alambre de acero inoxidable

El grado de resistencia a la fricción es proporcional a el grado de rigidez de los elementos que fijan el alambre

Existe una correlación entre el clip pasivo en los brackets de autoligado y la superficie de rayado del alambre

La ligadura Slide muestra características friccionales superiores comparada con otras marcas (estudio) con alambre de acero inoxidable

REZNIKOV, Natalie. HARZION, Gilad; Measurement of friction forces between stainless steel wires and "reduced-friction" self-ligating brackets; American Journal of Orthodontics and Dentofacial Orthopedics Volume 138. Number 3

Rugosidad superficial de los alambres

• Las aleaciones de acero inoxidable son más suaves seguidas de las de Cr/Cb, B/Titanio o Ti/Mo y Ni/Ti.

• El acero inoxidable es el que presenta el u más bajo

• Ni/ Ti presenta superficie más rugosos


• El tipo de alambre, el tamaño, la rugosidad de lasuperficie

y angulación de los dientes (segundo orden)• Incremento en la sección transversal del alambre

(redondo, cuadrado, rectangular)• Incremento en la resistencia friccional


MEDICION In Vitro DE LA FUERZA DE FRICCION EN DUPLAS ARCO-BRACKET

CON ANGULACION

BOBADILLA Gaviria, Margarita; MONTOYA, Goéz, YESID; Medición in vitro de la fuerza de fricción en duplas arco-bracket con angulación; Revista Ingeniería Biomédica. Volumen 2, número 3, enero-junio 2008, pags 84-90

Objetivo: medir y comparar las fuerza de fricciónentre dos tipos de bracket de uso comercial y unalambre de acero estándar.

Desde el punto de vista de la magnitud de la fuerza

Desgaste que se presentó en las superficies decontacto

MATERIALES Y METODOS

Brackets Minidiamond(ORMCO) y bracketsSynergy (Rocky MountainCompany)

Ranura de 0.018”x 0.025”

Alambres 0.016x 0.016(ORMCO)

Ligaduras de poliuretanocolor negro (ORMCO)

Velocidad de deslizamientode 5mm/min

Se midió la microdurezaVickers

Imágenes de los brackets (A) Minidiamond y (B) Synergy obtenidas por estereoscopía.

RESULTADOS

Fuerzas máximas arco-bracket.

Minidiamond magnitud mayor que los bracketsSynergy

Espacio relativo alambres y ranura en los bracketsMinidiamon es menor que los Synergy.

La superf más dura es el alambre y las más blanda es el bracket Synergy

Deslizamiento del alambre sobre las ranuras, produce deformación plástica en los bordes para ambos brackets

Brackets Synergy, deformación plástica adicional en las cimas de ambos montículos de la ranura

Alambres tiene deformación plástica, menos evidente

Presentando un efecto de pulido en la superf

CONCLUSIONES

• A mayor ángulo existente entre el eje del alambre y el eje de la ranura, mayor fuerza de fricción, debido al aumento del área real de contacto entre las superf

• La fuerza de fricción depende la geometría de la ranura del bracket, fuerza normal ejercida por la ligadura. De la geometría depende el ángulo de contacto crítico

En el bracket Minidiamondla resistencia al

deslizamiento aumenta en 8°

Los patrones de desgaste en los brackets son de

tipo abrasivo – adhesivo

El alambre deslizante posee una dureza

superior


Mecánica de deslizamiento

• Menor resistencia friccional es el acero inoxidable, seguido del Cr/Co; Ni/Ti y el B/Ti o Ti/Mo

• Ribiero, no hay diferencias significativas entre la cantidad de fricción, cuando los brackets de autoligado pasivo y activo son analizados con alambres redondos

• Cuando los alambres rectangulares pesados son implementados, los brackets de autoligado activo son mas resistentes al deslizamiento que los autoligados pasivos.

RIBEIRO, Mariana, CORREA, Wellington; The role of friction in orthodontics; Dental Press J Orthod. 2012 Mar-Apr; 17 (2): 170-7

Fenómeno de soldadura en frío

• Es un fenómeno físico

• Alambres de aleaciones de B/Ti o Ti/ Mo, se sueldan enlas ranuras de los brackets de acero inoxidable

• No pueden deslizarse

• La nitruración logra un endurecimiento que se forma porla difusión gaseosa (altas temperaturas)

• Coeficientes de fricción más bajos en las capas másexteriores

BOCCIO.F, GIL. F.J; Optimización superficial de alambres de ortodoncia de Ni-Ti superelástico mediante nitruración gaseosa. Parte II: Cuantificación de la mejora de la nonodureza y el coeficiente de fricción; Biomecánica, VII, 13 (39-45), 1999

Los brackets

• Acero inoxidable presenta menor resistencia friccional

• Fricción depende de la dimensión vertical del alambre

• Resistencia friccional de un alambre redondo 0.016 es similar al rectangular 0.016x 0.022


Brackets cerámicos

• Uso incorrecto, alto u entre las ranuras y el alambre

• Interferir y demorar el tratamiento en la mecánica friccional

• Óxido de aluminio

• Monocristalinos más fricción , al emplear fuerzas mayores de 500gf.


Brackets de

cerámica, alterna

tiva estética

Erosionan el

esmalte, y lo

fracturan fácilmente

Mayor coeficiente de fricción

Resistencia al

deslizamiento

Incorporación de

ranuras de metal no reduce la fricción

Propiedades

físicas de los

brackets de

cerámica son aún menores

KAPILA, Sunil; BDS, MS; Evaluation of friction between edgewise stainless steel brackets and orthodontic wires of four alloy; Am. J. Orthod. Dentofac. Orthop. August 1990

• Bracket de metal produce menor fuerza de fricción

• Resistencia al deslizamiento es proporcional al ángulocreado entre el bracket y el alambre

• Alambres de NiTi tienen menores valores de fuerza defricción

• Cuando no hay holgadura y deflexión, el alambrepuede presentar daños, por la resistencia aldeslizamiento

• El resultado es la fricción más la deformación elástica(Binding y plástica (Notching)

PULIDO, Ariana. GUARIZA, Odilon; Evaluation of friccional forces between ceramic brackets and archwires of different alloys comparedwith metal brackets; Braz Oral Res.2010. Jan-Mar; 24 (1): 40-5

BINDING Y NOTCHING

Existe una holgura entre la dimensión de la ranura del bracket y el diámetro del alambre

La fuerza horizontal para desplazar un diente produceun fenómeno de angulación de segundo orden

Contactar arco con las aristas del bracket

Esta deflexión o deformación elástica reversible delalambre binding


Si se incrementa fuerza

La deformación elástica puede acabar enclavando elalambre contra las aristas del bracket

Provocando una deformación plástica delarco, permanente e irreversible notching.


Se podría decir que el notching es la situaciónextrema del binding, mientras el binding es unimportante factor regenerador de fricción yralentizador del movimiento dental, el notchingfrena el movimiento dentario por completo


Brackets de autoligado

Vendar (1991), los brackets de autoligado tienen bajosniveles de fricción

Al comparar con los metálicos convencionales y con loscerámicos

Estos mostraron resultados similares cuando secompararon con los brackets de acero ligados con lasligaduras metálicas o con elastómeros

Influye es la F de ligación y el ángulo crítico entrealambre – brackets.


Brackets de autoligado activas y pasivas muestrancomportamiento diferente con respecto a su resistenciaal deslizamiento.

Como no se alinearon pasivamente los brackets en elarco, las diferencias fueron mínimas entre autoligadopasivo y activo

O los ligados con ligaduras elastoméricas, como las diferencias relacionadas con el tamaño del arco.

BRAUCHLI, Lorenz; SENN, Christiane; Active and passive self-ligation- a myth?: Angle Orthodontist; Vol 81; No 2; 2011

Los brackets de autoligado producen menor fricción quecualquier bracket convencional

La fricción aumenta con el aumento del calibre y secciónde alambre (0.022) (0.018x0.025) menor fricción

El bracket autoligado al no usar elastómeros, paramantener el alambre en su sitio activado, usa fuerzasmás ligeras.

FERREIRA, J. RIGAU, MM; Brackets de autoligado, cuales son los beneficios mas fiables?-Revisión;

Otra manera de obtener bajos niveles de fricción es laligadura Slide (Casa Leon), además de los bracketsautoligado pasivo Carriere, Damon3MX, Smartclip, Opal-M

FERREIRA, J. RIGAU, MM; Brackets de autoligado, cuales son los beneficios mas fiables?-Revisión;

RIBEIRO, Mariana, CORREA, Wellington; The role of friction in orthodontics; Dental Press J Orthod. 2012 Mar-Apr; 17 (2): 170-7

Brackets de acero, sinterizados

Se elaboran los brackets sin que el acero llegue a ebullircompletamente y se da por unión de las partículas

La fricción de los brackets sinterizados esaproximadamente del 40 al 45% menos que los de aceroconvencional.

Los investigadores atribuyen a esto las diferencias en latextura superficial de los brackets .


El ancho de los brackets

• Brackets anchos presentan menor fricción, siendoimportante el ángulo crítico

• Brackets estrechos incrementan la fricción condobleces de segundo orden mayor a 30°

• Brackets anchos menor fuerza de ligación y mayorestiramiento de las ligaduras (menor fricción)

• Brackets estrechos fuerzas mas más bajas, > fricción y< control de movimiento


• La estrechez del Bracket Mini-Uni-Twin con un bracket ancho de 7.6mm, generan más fricción, con 0.016 x 0.022 (alambre acero inoxidable)

• La fuerza de fricción es inversamente proporcional a la anchura del bracket, por lo tanto, el bracket estrecho, puede proporcionar mas fricción

HUSAIN, Nadeem. KUMAR, Avinash; Frictional Resistencie between Orthodontics Brackets and Archwire: An in vitro Study; J. ContempDent Pract, 2011; 12 (2):91-99

A medida que la anchura del bracketaumenta, disminuye el slot y aumenta la sección delarco se producirá una disminución de binding ymenor resistencia al deslizamiento (cierre deespacios)


La distancia interbracket

• A mayor distanciainterbracket, mayorlongitud dealambre, mayordeflexión, mayorflexibilidad paranivelación


Paciente de Posgrado de Ortodonciade la Universidad de Cuenca

Unión entre brackets y alambre

• La dupla ideal es aquellaque genere un menor u.

• Alambre de aceroinoxidable + bracket deacero inoxidable

• Brackets acero inoxidable+ alambres de B/ Ti o Ti/Mo = incrementa lafricción

• Ni/Ti presenta mayorfricción al combinar concualquier tipo de bracket.

• La Ff es directamenteproporcional al aumentode la angulación entre losbrackets y el alambre


Métodos de ligado

• Las ligaduras metálicasgeneran menor fricción

• Factor físico importante es lafuerza con que se ligan

• A mayor F de ligado, mayorresistencia friccional

• A mayor angulación (6°-10°), importante el materialde confección de alambre, larigidez, distancia interbracket.


Paciente de Posgrado de Ortodonciade la Universidad de Cuenca

, CADENETA ELASTICA

Pacientes de Posgrado de Ortodonciade la Universidad de Cuenca

LIGADURA METALICAELASTOMEROS

Los módulos elastoméricos generan mas fricción que los metálicos

El ligado con pinza Mathieu provoca menor fricción.

CORREIRA, Vanesa. RODRIGUES, Ma Elisa; A forca de atrito em braquetes plásticos e de aco inoxidável com a utilizacao de quatro diferentes tipos de amarracao; Dental Press J Orthod. 2010 Mar-Apr; v. 15, no.2, p 82-86.

Velocidad de deslizamiento de los brackets sobre el alambre

• La fricción de las aleaciones de Cr/Co (elgiloy)disminuye cuando se aumenta la velocidad dedeslizamiento

• u del beta/Ti o Ti/Mo, aumenta cuando aumenta lavelocidad


ANGULO DE CONTACTO O

ANGULO CRITICO

• El ángulo de contacto o problema de segundo orden (tipping)

• Factor mecánico más incidente con respecto a la fricción

• A mayor ángulo entre el eje del alambre y el eje de la ranura, mayor es la fuerza de fricción

• Aumento en el área real de contacto entre las superficies deslizantes

• De la geometría del bracket, depende el ángulo de contacto crítico


Implantación iónica en los alambres y brackets

• Objetivo es disminuir la resistencia al deslizamiento

• Modificar la textura de las superficies de los brackets y los alambres para suavizarlas

• Superficies revestidas con:

• Recubrimientos con capas metálicas

• Depósito de vapores químicos

• Recubrimiento con polímeros solubles

• Depósito de plasma

• Revestimiento de carbonos

• Recubrimientos inorgánicos


Desventajas como:

• Se manchan fácilmente

• Se pelan

• Se deforman y fracturan


Neuman evalúo en un estudio in Vitro la corrosión deocho alambres recubiertos ( Ni- Ti, TMA, aceroinoxidable)

Las superficies fueron modificadas por tres métodos:teflón, polietileno, e implantación iónica

Encontrando que el teflón previene la corrosión

El recubrimiento también es creado con propiedadesantibacteriales y antiadherentes a los alambresortodónticos

Alambre de acero inoxidable modificado con óxido detitanio fotocatalítico, rompe la pared bacteriana.


Fricción en ambientes secos y mojados

• No se ha encontrado valores sustanciales en ladisminución o aumento de fricción, con la cantidad desaliva.

• En saliva artificial se ha reportado un incremento en lafricción del acero inoxidable, beta/Ti, o Ti/Mo y elNi/Ti, y disminución de la fricción con el Cr/Co

• Kusy, 2003, solo es posible emplear saliva humanapara cuantificar la eficiencia de la reproducción deldeslizamiento ortodóncico.


La saliva disminuye la fricción, al crear puentes entre las superficies ásperas

Las fuerzas de fricción en la condición húmeda demostraron ser mayores que en el estado seco para los arcos de alambre


HUSAIN, Nadeem. KUMAR, Avinash; Frictional Resistencie between Orthodontics Brackets and Archwire: An in vitro Study; J. Contemp Dent Pract, 2011; 12 (2):91-99

La eficiencia

• Se refiere a la fuerza total en relación con Fefectiva aplicada a la F perdida q hace posible lareproducibilidad de movimiento dental con fricción


Gracias

La fuerza de fricción en ortodoncia

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