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
$%&'
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Para mi esposa, que nunca dej de creer en m.
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Sube a nacer conmigo, hermano.Dame la mano desde la profundazona de tu dolor diseminado.
Pablo Neruda
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Abstract
Las aleaciones de titanio !i"l#$ 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.
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