Aleaciones de titanio en implantologia

7/25/2019 Aleaciones de titanio en implantologia

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Universidad Nacional Mayor de San MarcosFacultad de Odontologa

Escuela Academico Profesional de Odontologa

Metodologa del Trabajo Universitario

Profesor!"onny !# Pac"eco

TtuloEl titanio en las aleaciones para la fabricacin de

implantes dentales

Alumno!onat"an Moreno !unco

$%&'


2/22

Para mi esposa, que nunca dej de creer en m.


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Sube a nacer conmigo, hermano.Dame la mano desde la profundazona de tu dolor diseminado.

Pablo Neruda


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Abstract

Las aleaciones de titanio !i"l#$ para la fabricacin de implantes dentales son

usadas frecuentemente gracias a las e%celentes propiedades de biocompatibilidad que

poseen. &ediante el presente pro'ecto se mostrar(n los estudios recientes sobre un

nue)o modelo de aleacin de titanio !iNb*r$, en la cual la presencia del niobio ' el

zirconio, mejoran grandemente las propiedades del titanio ' reducen sus efectos noci)os

en el organismo. Para ello se realizaran trabajos comparati)os con el fin de determinar

el ni)el de diferenciacin de ambas aleaciones. De esta manera trataremos de dar un

nue)o enfoque hacia la produccin de implantes dentales basados en aleaciones de

titanio.


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(N)*+E

*NT,O)U++*-N...........................................................................................................+

+AP(TU.O *

MA,+O TE-,*+O........................................................................................................

-.-. "N!/DN!S0................................................................................................1-.2. 3"SS!456/"S0..............................................................................................1

1.2.1. El titanio:......................................................................................................10

-.7. PL"N!"&6N!8DLP583L&"0...................................................................-2-.9. :6P4!S6S0.......................................................................................................-7-.;. &

+AP(TU.O **

/*O+OMPAT*/*.*)A) )E .AS A.EA+*ONES )E T*TAN*O...........................-9

2.-. &6/58S!5>/!>5"DL"S"L"/68NSD!6!"N680........................................-;2.2. "PL6/"/68NS368"S"L"/68NS0...............................................................-?

+ON+.US*ONES.........................................................................................................2@

,E+OMEN)A+*ONES...............................................................................................2-

/*/.*O0,AF(A...........................................................................................................22


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*NT,O)U++*-N

l titanio como material indispensable en la fabricacin de aleaciones con finesbiomAdicos ah tomado un papel sumamente importante debido a la gran

biocompatibilidad que presenta, fa)orecido por sus e%cepcionales caractersticas tanto

fsicas como bioqumicas que lo colocan por encima de las cl(sicas aleaciones de hierro.

s as que mediante un estudio comparati)o ' analtico de las distintas

propiedades tanto mec(nicas como adaptati)as dentro de su uso en los implantes

dentales, se mostrar(n las deficiencias propias de las cl(sicas aleaciones de !i"l# frente

a los nue)os posibles reemplazos como las que poseen niobio ' zirconio en su

estructura.

De esta manera, la presente monografa e%pondr( primero el empleo del titanio,

sus caractersticas qumicas ' su empleo en la confeccin de prtesis biomAdicas, para

despuAs dar un bre)e acercamiento hacia las nue)as )ariantes dentro de las aleaciones

para implantes dentales, como una forma de mejorar los resultados obtenidos con el uso

de los implantes de !i"l#.

spero que sir)a este trabajo para el mejor entendimiento ' la bBsqueda

constante de superacin dentro de las ciencias biomec(nicas ' biomAdicas, como parte

importante ' esencial dentro de la finalidad de las (reas de la salud, como es la

rehabilitacin completa ' eficiente de los pacientes.


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+AP(TU.O *

MA,+O TE-,*+O

n el presente captulo trataremos acerca de las )entajas del titanio dentro de la

fabricacin de los implantes dentales, resaltando los grandes beneficios que presenta su

empleo, para esto e%pondremos las caractersticas m(s notables del titanio como

elemento qumico ' las propiedades Bnicas que lo con)ierten en la mejor eleccin

dentro de la confeccin de biomateriales. !ambiAn determinaremos el problema ' la

hiptesis planteados para el desarrollo de la monografa as como el mAtodo de

in)estigacin utilizado.

Antecedentes

La oseointegracin de un implante dental est( condicionada por el tipo de material

del implante, su topografa superficial ' el tipo de recubrimiento. "unque son )arios los

materiales utilizados para la fabricacin de implantes dentales, actualmente el titanio es


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el material de preferencia debido a comportamiento inerte al entrar en contacto con los

tejidos biolgicos.

Dentro de las aleaciones con)encionales ma'ormente empleadas en la fabricacin

de los implantes dentales encontramos el !i+"l9# ' el !i+"lNb, que presentan un alto

grado de incompatibilidad gracias a su ele)ado mdulo de elasticidad, adem(s de

contener iones t%icos como el aluminio ' el )anadio.

n la actualidad si bien se han realizado estudios enfocados a la sustentacin del

uso de nue)as aleaciones, aun no se )en reforzados dichas in)estigaciones con el fin de

promo)er el conocimiento ' el condicionamiento para la proliferacin de las nue)as

aleaciones dentro del mercado odontolgico.

$# /ases Te1ricas>n implante dental es un dispositi)o de biomaterial insertado en el hueso

mandibular para reemplazar la raz de un diente ausente ' lograr una cone%in firme,

estable ' duradera con el hueso circundante en un proceso denominado oseointegracin.

>na adecuada oseointegracin est( condicionada a la aceptacin del implante por parte

de los tejidos )i)os as como a la formacin de nue)o hueso alrededor del implante.

sta cone%in o interfase huesoCimplante dental depende de factores biolgicos '

factores asociados al paciente, el diseo del implante ' su superficie, la distribucin de

cargas entre el hueso ' el implante, ' el procedimiento quirBrgico para colocar el

implante.

s as que durante la cicatrizacin de los tejidos ' la formacin del nue)o hueso

suceden una serie de e)entos biolgicos ' bioqumicos que se pueden resumir en cuatro


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etapas0 formacin del co(gulo de sangre, degradacin del co(gulo, formacin del tejido

granular ' sntesis de nue)o hueso. s en este punto donde el implante dental al

interactuar con los tejidos )i)os puede llegar a modificar la sucesin de estos e)entos,

por lo tanto el A%ito de la cicatrizacin depende de dos fenmenos adicionales0 la

osteoinduccin ' la osteoconduccin.

s asi que Euan /arlos #anegas /ostas et al nos hablan claramente en su trabajo

sobre la osteoinduccin ' la osteoconduccin0

La osteoinduccin es el reclutamiento de cAlulas madres que de alguna manera sonestimuladas a proliferar como cAlulas formadoras de matriz sea. Si estas cAlulas logran

colonizar la superficie del implante dental entonces se dice que esta superficie es

osteoinducti)a. Por su parte, la osteoconduccin se define como la formacin de hueso

sobre la superficie del implante. ste Bltimo fenmeno depende esencialmente de la

biocompatibilidad del material del implante ' las caractersticas de su superficie.-

Di)ersos estudios analizan la biocompatibilidad de los materiales usados dentro dela fabricacin de implantes dentales, de esta manera se llego a determinar al titanio !i$

como el mejor material a escoger debido a su alta resistencia a la corrosin causada por

el ambiente fisiolgico ' a su marcada estabilidad mec(nica durante el proceso de

cicatrizacin.

$# El titanio

l elemento qumico titanio cu'a abre)iatura es !i, de nBmero atmico 22 '

peso atmico 9.?@ es uno de los metales de ma'or uso dentro de la fabricacin de

-#"N="S "/8S!", Euan /arlosF ="5*4NC"L#"5"D8, Diego ' /"S"L, &artn. GInteraccin

entre osteoblastos y superficies de titanio: aplicacin en implantes dentales . n0Revista Cubana de

Investigaciones iom!dicasHH6H, - 2@--$0 ;-C+1.


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prtesis e implantes dentales debido a su alto grado de biocompatibilidad, asi como

tambiAn el cuarto metal m(s abundante en la corteza terrestre.

&ientras que su comportamiento qumico muestra muchas semejanzas con el del

silicio ' el zirconio, como un elemento del primer grupo de transicin, la qumica de la

solucin acuosa de titanio, especialmente de los estados de o%idacin m(s bajos, tiene

algunas semejanzas con la del cromo ' el )anadio.

l principal estado de )alencia del titanio es I9, aunque tambiAn se conocen los

estados I7 ' I2, que son menos estables. l elemento arde al aire cuando se calienta

para obtener el di%ido, !i82, ' cuando se combina con halgenos.

l di%ido de titanio, !i82, se encuentra comBnmente en una forma negra o de

color castao conocida como rutilo. Las formas naturales que se encuentran menos en la

naturaleza son la anatasita ' la brooquita. !anto el rutilo como la anatasita puros son de

color blanco. l %ido b(sico negro, Je!i87, se encuentra en forma natural como el

mineral llamado ilmenitaF Aste es la principal fuente comercial del titanio.

l di%ido de titanio se utiliza mucho como un pigmento blanco en pinturas

e%teriores por ser qumicamente inerte, por su gran poder de recubrimiento, su opacidad

al dao por la luz ># ' su capacidad de autolimpieza. l di%ido tambiAn se ha

empleado como agente blanqueador ' opacador en esmaltes de porcelana, dando un

acabado final de gran brillo, dureza ' resistencia al (cido.


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Los titanatos alcalinotArreos poseen algunas propiedades notables. l ni)el de

constantes dielActricas fluctBa entre -7 para el &g!i87, ' )arios miles para soluciones

slidas de Sr!i87 en 3a!i87. l titanato de bario tambiAn tiene una constante

diAlectrica de -@.@@@ cerca de los -2@K/ 2;@KJ$, que es su punto /urieF posee histAresis

diAlectrica baja. Los transductores cer(micos que contienen titanato de bario se

comparan fa)orablemente con la sal de 5ochelle ' el cuarzo, respecto a la estabilidad

tArmica en el primer caso, ' la fuerza del efecto ' la capacidad para formar la cer(mica

en )arias formas en el segundo caso. l compuesto se ha utilizado como generador de

)ibraciones ultrasnicas ' como detector de sonidos.

l titanio elemental ' su forma dentro del di%ido de titanio tienen un ni)el bajo de

to%icidad. "nimales de laboratorio e%puestos a di%ido de titanio por inhalacin han

desarrollado pequeas (reas localizadas de pol)o oscuro depositado en los pulmones.

>na e%posicin e%cesi)a en los humanos puede resultar en ligeros cambios en la

fisiologa ' funcionalidad de l os pulmones.

Dentro de los efectos de la sobreCe%posicin al pol)o de titaniose tiene que la

inhalacin del pol)o puede causar tirantez ' dolor en el pecho, tos, ' dificultad para

respirar. l contacto con la piel ' los ojos puede pro)ocar irrritacin. "si tenemos como

)as comunes de entrada del pol)o de titanio0 6nhalacin, contacto con la piel, contacto

con los ojos.

/on respecto a su carcinogenicidad la agencia internacional para la in)estigacin

del c(ncer 6"5/$ ha includo al di%ido de titanio en el grupo 7, es decir que dicho

agente no es clasificable con respecto a su carcinogenicidad en humanos.


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'# Planteamiento del 2roblema

/omo la topografa superficial influ'e en la adhesin ' proliferacin celular, los

implantes dentales son sometidos a tratamientos que crean irregularidades superficiales

en la escala micro ' submicromAtrica. "s mismo, recubrimientos basados en minerales

de origen org(nico son utilizados para mejorar la deposicin de hueso sobre el implante.

Si bien el titanio es usado en la fabricacin de implantes ortopAdicos, no es el

material m(s usado, sin embargo al momento de emplearse se le usa en su estado puro

libre de aleaciones, con lo cual presenta propiedades distintas a las que posee dentro de

las aleacions !i"l#.

"l producir la aleacin con el aluminio ' el )anadio, el titanio adquiere un alto

mdulo de elasticidad ' una gran resistencia mec(nica, pero debido a los efectos

perjudiciales que presenta por la presencia del "l ' el #, se han desarrollado aleaciones

alternati)as como la de !i+"lNb ' !i-7Nb-7*r. Los estudios realizados se proponen

comprobar el grado de biomineralizacin ' oseointegracin alrededor del implante, asi

como sus propiedades biomec(nicas.

# 4i21tesis

/uando se habla de implantes dentales, lo primero que debe tenerse en cuenta es el

ni)el de oseointegracin que ofrezca, el cual se mide de acuerdo al tipo de material, su

constitucin superficial ' la calidad de recubrimiento que presente.

Debido a los problemas de biocompatibilidad ocasionados por el alto mdulo de

elasticidad presente en la aleacin !i"l#, adem(s de la formacin de iones t%icos


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como el aluminio ' )anadio pro)enientes de la misma aleacin se recurre a la

utilizacin de una familia de aleaciones sustitutas, la cual tiene al niobio ' al zirconio

como reemplazo de los anteriores aluminio ' )anadio$, con lo cual se reduce la

elasticidad de la aleacin gracias a las propiedades del niobio ' se confiere una alta

resistencia a la corrosin por la formacin de una capa de %ido estable conferida por el

zirconio. Por lo tanto se tratar( de sustentar las )entajas del uso de la aleacin !iNb*r,

como sustito inmediato ' preponderante de la anteriormente usada !i"l#.

# M6todo de la investigaci1n

Para el presente estudio se emplear( el mAtodo comparati)o analtico, teniendo

como objetos de estudio las propiedades osteocl(sticas regenerati)as relacionadas con la

adhesin ' proliferacin celular ' de biocompatibilidad relacionadas a elasticidad '

resistencia mec(nica de la aleacin de !i"l# en contraste con la aleacin de !iNb*r.


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+AP(TU.O **

/*O+OMPAT*/*.*)A) )E .AS A.EA+*ONES )E

T*TAN*O

n el captulo anterior )imos las principales caractersticas bioqumicas '

mec(nicas que con)ierten al titanio en el elemento por e%celencia para la sntesis de

aleaciones empleadas dentro de la fabricacin de implantes dentales, poniendo en

relie)e el alto grado de osteoinduccin ' osteoconduccin que presenta.

"hora, en el presente captulo, se pondr( de relie)e el aspecto de la

microestructura de las aleaciones de titanio, sus aplicaciones biomAdicas ' el desarrollo

de nue)as aleaciones como alternati)a para las 'a e%istentes, basadas primordialmente

en el !i"l#. "dem(s se realizar( la comparacin ' an(lisi del uso de la aleacin !iNb*r,


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como el principal sustito de las cl(sicas aleaciones de !i"l#, por su ma'or grado de

biocompatibilidad ' adaptacin mec(nica.

$# Microestructura de las aleaciones de titanio

Dentro de las )ariaciones que pueden presentar las aleaciones de titanio Diana

stA)ez ' dgar Jarf(n nos dicen en su trabajo sobre las propiedades mec(nicas de las

aleaciones de titanio0 GLas aleaciones de titanio pueden presentar una gran )ariedad de

microestructuras dependiendo de la composicin qumica, procesamiento ' tratamiento

tArmico, lo cual es posible debido a que las aleaciones de titanio presentan una amplia

gama de transformaciones de fase.2

"lgunas de estas transformaciones est(n relacionadas con transformaciones

alotrpicas de la fase alfa a la fase beta, mientras que otras est(n relacionadas con

reacciones de precipitacin que contienen fases metaestables ' en equilibrio que ocurren

durante la descomposicin de las fases metaestables alfa o beta, en estas aleaciones se

forman estructuras mu' complejas.

n adicin a las )ariaciones en la microestrucura debido a las transformaciones

de fase, tambiAn ocurren cambios morfolgicos de las fases que constitu'en la aleacin,

las cuales pueden ser recristalizacin, esferoidizacin, entre otras.

2 S!


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" continuacin se muestran ejemplos representati)os de microestructuras de

aleaciones de titanio alfa, alfaIbeta ' beta. Se obser)a la estructura a%ial alfa del titanio

comercialmente puro, la estructura alfaIbeta del !i"l# ' la estructura monof(sica beta

de la aleacin !iNb*r.

!itanio /omercial. &icrografa ptica mostrando granos equia%iales alfa.


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&icroestructuras alfaIbeta, totalmente laminar0 !i+"l9#.

&icroestructura aleacion beta, !i-7Nb-7*r.


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$#$# A2licaciones biom6dicas

Si bien se emplean diferentes tipos de aleaciones biomAdicas para la

rehabilitacin 'o sustitucin de piezas seas daadas, el material ma'ormente usado

para estos fines es el acero ino%idable "6S6 7-+L JeC/r-1CNi-@C&o7$, el cual no

presenta tan buenas propiedades mec(nicas ni tan buena biocompatibilidad como la

aleacin !i"l#. Sin embargo debido a que los sistemas de ostesntesis son implantados

temporalmente, el acero "6S6 7-+L es suficiente para este tipo de aplicaciones adem(s

de su menos precio.

n lo que respecta a la rehabilitacin de articulaciones mediante su sustitucin

con materiales biocompatibles, se esta incrementando el uso de la aleacin !i"l#,

puesto que ofrece un mejor potencial debido a sus buenas caractersticas mec(nicas ' su

bajo mdulo de elasticidad.

s necesario mencionar el latente potencial de la aleacin !i+"lNb, la cual

presnta propiedades ' microestructuras mu' similares al !i"l# ' solo puede

considerarse que presenta biocompatibilidad mejorada debido a la presencia del

elemento niobio.

Jinalmente dentro de los implantes dentales actualmente se emplean implantes

de titanio comercialmente puro c.p.$ recubiertos con materiales bioacti)os como la

hidro%iapatita para mejorar el proceso de adherencia entre el hueso ' el implante. La

otra aleacin empleada frecuentemente es !i+"l9# por sus e%celentes propiedades

biomec(nicas.


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stos implantes deben presentar una e%celente biocompatibilidad asociada a una

ele)ada resistencia a la corrosin, 'a que la interaccin entre el implante ' las di)ersas

sales ' microorganismos presentes en la sali)a pueden ser complejas, sum(ndole a ello

que el p: presente en la boca puede oscilar desde )alores inferiores a 9.; hasta )alores

de 1, acentu(ndose la corrosin. l desprendimiento de elementos e%traos como iones

o productos de corrosin pueden dar lugar a di)ersas alergias o reacciones ad)ersas para

el paciente.

$#'# )esarrollo de nuevas aleaciones

n los Bltimos aos se )iene realizando un gran esfuerzo en la produccin de

implantes dentales que contengan Bnicamente elementos de aleacin biocompatibles

como el Nb, !a, *r ' &o, 'a que adem(s de su e%celente biocompatibilidad, estas

aleaciones contienen una alta concentracin de elementos estabilizantes beta que

producen un mdulo de elasticidad m(s bajo que las aleaciones alfaIbeta. &antener

estos )alores de mdulo bajos es mu' con)eniente para aplicaciones en implantes

debido a que son m(s cercanos al bajo mdulo del hueso alrededor de -+ =pa$.


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+ON+.US*ONES

l titanio no solo cumple su funcin como un e%celente metal para la fabricacinde biomateriales dentro de las distintas aplicaciones que puedan darse a estos, sino que

tambiAn supera a los comBnmente empleados debido a sus bajo mdulo de elasticidad

cuando se encuentra en estado puro, ' su gran resistencia mec(nica dentro de entornos

biolgicos.

l ni)el de adaptacin de las aleaciones de titanio, medido mediante )ariables de

desarrollo ' proliferacin osteocl(stica demuestran su )iabilidad como material de alto

ni)el en el desarrollo de implantes dentales, sin embargo se debe seguir buscando el

reemplazo de los otros metales que suelen acompaarlo, con aquellos que presentan

ma'or biocompatibilidad.

l uso de la aleacin !i"l#, si bien cumple las e%pectati)as para las que fue

diseada, posee ciertos defectos que obliga a los in)estigadores a desarrollar nue)as

tecnologas dentro de las aleaciones de titanio, una de ellas el reemplazo del aluminio '

el )anadio por niobio ' zirconio, 'a que estos dos Bltimos son m(s biocompatibles '

disminu'en los efectos secundarios posibles que puedan presentarse con el uso del

)anadio ' el aluminio.


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,E+OMEN)A+*ONES

-. Se debe tener en consideracin que el aluminio ' el )anadio si bien son empleadosfrecuentemente como complemento del titanio dentro de las aleaciones para implantes

dentales, los efectos secundarios que pueden llegar a ocasionar son potencialmente

perjudiciales para el paciente a largo plazo.

2. Los nue)os estudios a realizarse sobre el empleo de di)ersos elementos en la

fabricacin de aleaciones para la confeccin de prtesis biomAdicas e implantes

dentales, debe centrarse en buscar materiales estabilizantes que confieran a las

aleaciones bajos mdulos de elasticidad ' alto ni)el de biocompatibilidad para facilitar

la completa rehabilitacin de los pacientes, as como su total funcionalidad fisiolgica '

mec(nica.


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/*/.*O0,AF(A

/:"N=, 5a'mond. 'u(mica./olombia0 &c=raO :ill 6nteramericana ditores, 2@@2.

S!

Aleaciones de titanio en implantologia

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