Los desafíos de la fotopolimerización

Nuestra profesión conoce la importancia de preservar la estructura dental natural. Sin embargo, hasta hace algunas décadas, muchos de los materiales utilizados en odontología restauradora demandaban una gran preparación dentaria, que usualmente se extendía más allá de los márgenes de la destrucción causada por la caries. Además, muchos de aquellos materiales restauradores no eran estéticos. No fue hasta la introducción de las resinas compuestas adheridas fotopolimerizables que los clínicos pudieron finalmente practicar la odontología mínimamente invasiva de forma predecible y eficiente, con resultados estéticos.

Es irrefutable que la fotopolimerización cambió la odontología. La mayoría de las resinas compuestas de uso directo dependen de una técnica de fotopolimerización adecuada, pero desafortunadamente, basados en nuevas investigaciones y en la comprensión contemporánea del tema, la fotopolimerización es un tema que puede ser subestimado, tanto en las clínicas dentales como en las facultades¹.

La fotopolimerización debe comprenderse mejor si queremos que nuestras restauraciones sean más duraderas y predecibles, tanto en sentido estético como funcional. Ya se sabe que una de las mayores preocupaciones durante la fotopolimerización es obtener un alto grado de polimerización de las resinas compuestas, ya que éste es uno de los requerimientos para una restauración de larga duración². Un estudio de 20073 manifiesta que incluso con las mejoras en la fotopolimerización dental durante las últimas décadas, sólo un 43% de 100.000 restauraciones de resina compuesta adherida eran clínicamente aceptables, con un desempeño comparable sólo con "las peores restauraciones de amalgama aún en función³."

Dicho esto, temas como la densidad de la energía, la colimación de la luz, qué fotoiniciadores se utilizan en la resina compuesta, ubicación y tipo de restauración, y la distancia desde la punta de la lámpara a la zona de la restauración son algunos ejemplos de lo que es necesario para polimerizar bien una resina compuesta.

Factores importantes para una buena fotopolimerización
Obtener un alto grado de conversión es una preocupación importante durante la fotopolimerización, ya que una de las condiciones para el éxito a largo plazo de las resinas compuestas es que deben estar suficientemente polimerizadas. La polimerización insuficiente se relaciona con fallas como la microfiltración, decoloración, incremento de la abrasión e incluso sensibilidad pulpar.

Sin embargo, hay una tendencia tanto clínica como comercial por procedimientos que requieran menos tiempo de sillón. Los fabricantes de lámparas de fotopolimerización dental sugieren tiempos de fotopolimerización que no toman en consideración características muy importantes de las resinas compuestas, como qué tipo de fotoiniciadores contiene⁴ el material y también la opacidad y el color de la resina compuesta. Esos factores deben contemplarse, ya que la transmisión y la absorción de la luz varían entre las diferentes resinas compuestas fotopolimerizables.

Con respecto a las lámparas de fotopolimerización, un elemento importante que debe tomarse en consideración es la densidad de potencia. Llamada también irradiancia o intensidad de la luz, la densidad de potencia se expresa normalmente en mW/cm². El Concepto de Energía Total^6,7 atestigua que el proceso de fotopolimerización depende de la energía absorbida por la resina y puede ser resumida por el producto de la intensidad de la luz multiplicada por el tiempo de exposición. Por ejemplo, 20 segundos bajo una intensidad de luz de 800 mW/cm² = 20 segundos x 800 mW/ cm² = 16,000 mWs/cm², o 16 J/cm².

La literatura científica disiente sobre la cantidad de energía necesaria para una polimerización adecuada de las resinas compuestas. Algunos estudios⁵ declaran que la dosis mínima requerida para proporcionar buenas propiedades mecánicas debe ser de al menos 24 J/ cm²́. Sin embargo, este no es un valor absoluto y varía de resina a resina⁸, dependiendo principalmente del tipo, color, translucidez, y qué fotoiniciadores están presentes. Hoy en día se acepta que un valor de 16 J/cm² (o 16,000 mWs/cm² según la regla descrita más arriba) es la dosis necesaria para polimerizar totalmente un incremento de composite de 2mm^9,10, aún cuando ese valor pueda ser menor en algunos casos.

Además del monto total de energía, la forma en la cual la luz es generada y emitida puede variar mucho, dependiendo del tipo de lámpara de fotopolimerización y de su construcción. Así, conocer la colimación de la luz del aparato es primordial para asegurar que incluso las capas más profundas de composite estén adecuadamente fotopolimerizadas, ya que la densidad de potencia emitida en la punta puede ser muy diferente de la cantidad de energía que llega realmente a las cavidades más profundas. Conocer la diferencia que existe entre los dos valores de energía es especialmente crítico cuando la distancia desde la punta de la lámpara a la restauración aumenta, como es el caso en la mayoría de las restauraciones Clase II⁵.
Finalmente, todavía hay muchos malentendidos y también frustraciones con respecto a la compatibilidad real entre los aparatos de fotopolimerización y los materiales restauradores fotopolimerizables, y por eso es esencial conocer la longitud de onda de la luz emitida.

Comprendiendo nuestros aparatos de fotopolimerización
Las primeras unidades de fotopolimerización fueron desarrolladas en los años 1970 y emitían energía (alrededor de 365nm) ultravioleta (UV)¹¹. Estos aparatos fueron abandonados rápidamente debido a la pobre penetración de este tipo de energía en las resinas, a preocupaciones relacionadas con la seguridad del paciente y del operador y los efectos dañinos de la radiación UV en los tejidos orales.

Las lámparas tungsteno-halógenas de cuarzo (QTH, en inglés) comenzaron a ser utilizadas en odontología con el advenimiento del sistema fotoiniciador de canforoquinona. Este tipo de materiales absorbe la luz visible en el rango de 468 nm.¹² Las lámparas QTH tienen un filtro especial de cristal para absorber el calor y también un filtro de luz que permite el pasaje de un amplio espectro de luz azul entre 400 y 550 nm¹³, más que suficiente para activar la canforoquinona.

Las lámparas QTH se convirtieron en la principal fuente de fotopolimerización a finales de los años 80 y durante los 90; sin embargo, la densidad de potencia de este tipo de aparatos permaneció en un promedio de alrededor de 400 y 500 mW/cm².

Para incrementar la cantidad de potencia de las lámparas QTH, se inventó la punta turbo. Esta punta se compone de un haz de fibras ópticas que son estiradas durante la fabricación, mientras aún están calientes, en forma tal que el haz de fibras tenga un diámetro menor en la punta. Así, la potencia emitida es la misma en ambos extremos, pero como está distribuida en un área menor en el extremo emisor, la irradiancia puede incrementarse a veces en hasta 1,6 veces². El problema con este tipo de punta emisora es que debido a su pobre colimación, hay una pérdida significativa de potencia a medida que aumenta la distancia desde la punta, aunque hay más potencia en regiones cercanas a la misma. La Figura 1 representa la punta turbo de la lámpara de fotopolimerización Demi (Kerr Corp., Washington, DC, EE UU).

Un estudio previo que utilizaba una lámpara de fotopolimerización de luz LED azul examinó el efecto de utilizar una guía de luz turbo o una guía estándar en el alcance de polimerización de dos resinas compuestas. El estudio comparó medidas de microdureza efectuadas en incrementos de 1mm desde el centro del espécimen y continuando 4mm a lo largo de sus ejes este-oeste y norte-sur²⁴. Se concluyó que los patrones de dureza superficial estaban correlacionados con los perfiles de irradiancia del haz de luz: los valores de dureza eran mayores bajo el centro de la punta de luz turbo, donde los valores de irradiancia eran mayores, mientras que los valores decrecían hacia los márgenes de los especímenes.

Durante finales de los 90, el aclaramiento dental se convirtió en un tratamiento exitoso y los pacientes comenzaron a solicitar este tipo de procedimiento estético. Así fueron necesarios nuevos tonos de resina compuesta, que pudieran mimetizarse con los colores más claros y altamente luminosos de los dientes aclarados. Utilizar sólo canforoquinona como iniciador ya no era una opción, porque su brillante tonalidad amarilla tenía una influencia significativa en el color final de la resina compuesta².

La industria dental comenzó a buscar nuevos fotoiniciadores y se comenzaron a utilizar materiales con un pico de absorción de luz diferente —inferior al de la canforoquinona—, en el rango de la luz violeta y cercano al UV¹⁴. Estos fotoiniciadores pertenecen a una clase de materiales que se degradan en múltiples radicales sin la necesidad de un coiniciador, y, a pesar de ser también amarillos, tienen la ventaja de aclararse una vez polimerizados¹⁵.

Los siguientes dos materiales sirven como ejemplos óxido de bis (2,3,6-trimetilbenzoil) fenilfosfina¹⁶ (Ciba Specialty Chemicals, Inc., Basilea, Suiza), también conocido como Irgacure 819; y el óxido de 2,4,6-trimetilbenzoil-fenilfosfina¹⁷ (BASF Corporation, Charlotte, EE UU), también llamado Lucerin® TPO. Finalmente, el PPD (1-fenilpropano-1,2-diona (PPD), fue también listado como una opción, pero tiene un uso muy limitado en los materiales dentales actuales. Cuando se combinan con canforoquinona, estos materiales presentan un efecto sinérgico, permitiendo una concentración menor y reduciendo el color amarillo residual de la restauración después de la fotoactivación¹⁸, lo que es especialmente importante para las resinas más blancas y/o más translúcidas, requeridas para los procedimientos estéticos actuales.

Otra ventaja del uso combinado de nuevos fotoiniciadores como TPO, es que hay un incremento en la estabilidad del color de las restauraciones de resina compuesta, en comparación con otros que utilizan sólo canforoquinona, sin comprometer las propiedades físicas y químicas de la restauración^19,20. Como estos nuevos fotoiniciadores están siendo ampliamente utilizados, los clínicos deben saber si su aparato de fotopolimerización es capaz de emitir un espectro de luz poderoso y lo suficientemente amplio para polimerizar todo tipo de resinas compuestas.

Los diodos emisores de luz (LEDs)
Los primeros dispositivos LED para uso dental fueron lanzados a principio de los años 2000. Los LEDs son chips fabricados con un material semiconductor con impurezas, creando así una unión p-n donde la corriente eléctrica fluye desde el ánodo (unión p) al cátodo (unión n). La longitud de onda de la luz emitida, y por ende su color, dependen de la brecha en la banda energética de los materiales que forman la unión p-n²¹.

Las emisiones azules fueron desarrolladas utilizando sustratos semiconductores de Nitruro de Galio-Indio (InGaN)²¹. La luz emitida no es completamente monocromática, como en el caso de los láseres, pero el ancho de banda del espectro es relativamente estrecho, especialmente si se compara con el amplio espectro emitido por otras lámparas, especialmente las halógenas.

Estas primeras lámparas dentales LED son mucho más livianas y pueden ser fácilmente operadas con baterías. Desafortunadamente, debido a la construcción y a los tipos de LEDs utilizados, la cantidad de luz emitida por los primeros aparatos LED no era suficiente para competir con las lámparas halógenas estándar. Además, el espectro de luz emitida sólo igualaba el pico de absorción de la canforoquinona, insuficiente para polimerizar adecuadamente resinas compuestas más modernas y sus nuevos fotoiniciadores alternativos²².

Esta situación comenzó a cambiar a principios del siglo 21, cuando una nueva tecnología permitió fabricar un solo chip con múltiples LEDs, incrementando enormemente la emisión de luz. Estos nuevos dispositivos pudieron entonces emitir una mayor cantidad de luz, permitiendo tiempos de polimerización más breves para las restauraciones basadas en resina compuesta²³.

Sin embargo, aún persistía el problema de que la luz generada por los LEDs tenía una longitud de onda limitada, sólo capaz de polimerizar canforoquinona y no otros fotoiniciadores, problema que sólo sería resuelto en la próxima generación de lámparas dentales LED, cuando los fabricantes comenzaron a utilizar chips LED capaces de emitir más de una longitud de onda. La primera de este tipo fue UltraLume 5 (Ultradent Products, South Jordan, EE UU) con un LED central de 5W (con una longitud de onda de alrededor de 465 nm rodeado por otras cuatro luces de baja intensidad (con longitudes de onda de alrededor de 400 nm).

Hoy, tres aparatos LED poseen capacidad poliwave o, en otras palabras, más de un tipo de LED, y por ello son capaces de polimerizar un rango más amplio de fotoiniciadores: VALO (Ultradent Products), la familia BluePhase de Ivoclar Vivadent y la SmartLite Max (Dentsply Caulk).

La colimación afecta la longevidad de las restauraciones
Además de ser potentes y capaces de emitir una luz de longitud de onda más amplia, el aparato fotopolimerizador debe también transmitir la mayoría de la luz generada a través de toda la restauración. No toda la luz producida llega a su objetivo a medida que aumenta la distancia desde la punta, debido a la dispersión de la luz. Para volver las cosas más complicadas aún, la cantidad de dispersión de luz puede variar mucho de una lámpara a otra. Sin embargo, casi toda la información compartida por los fabricantes sobre la potencia de salida de sus aparatos se refiere sólo a la luz emitida en la mismísima punta. Es importante saber cómo se comporta el rayo de luz a medida que aumenta la distancia entre el fondo de la restauración y la punta o, en otras palabras, el comportamiento de la colimación de la luz.

Uno de los principales desafíos clínicos en odontología directa es la polimerización adecuada de zonas más profundas, como sucede en restauraciones Clase II. Usualmente, la distancia entre la punta y la profundidad de la preparación puede alcanzar los 8mm o más. En 2013, un artículo²⁵ evaluó la pérdida de potencia en tres lámparas de fotopolimerización dental a tres distancias diferentes entre la punta emisora de luz y la región a ser polimerizada. El estudio también investigó el tiempo de iluminación necesario para alcanzar un valor de densidad energética de 16 J/cm².
El análisis fue efectuado con un simulador MARC (BlueLight Analytics Inc., Halifax, Canadá), un espectrorradiómetro asociado a una sonda radiométrica con un corrector de coseno que captura toda la luz emitida. Este aparato es altamente eficiente en la captura de la luz emitida, así como en la medición de la energía crítica necesaria para polimerizar adecuadamente las resinas compuestas dentales²⁶. El espectro de emisión o, en otras palabras, la capacidad de cada aparato para polimerizar apropiadamente fotoiniciadores diferentes a la canforoquinona, también fue medido.

Se comprobaron tres diferentes lámparas de fotopolimerización dental: Demi (Kerr Corp., Washington, DC, EE UU); Radii-cal (SDI Limited, Victoria, Australia); y VALO (Ultradent Products, South Jordan, EE UU), ilustradas en las Figuras 2a, 2b y 2c, respectivamente. Sus densidades de energía respectivas fueron medidas a tres distancias diferentes: 0mm, simulando restauraciones anteriores; 4mm simulando restauraciones estándar Clase I y 8mm, simulando una cavidad Clase II.

Las Figuras 3a, 3b y 3c muestran la configuración LED para Demi, Radii-cal, y VALO respectivamente. El aparato de Ultradent es la única lámpara de polimerización con más de un tipo de LED, como puede verse en la Figura 3c.

La figura 3d muestra los mismos LEDs, ahora encendidos, donde se observan las diferentes longitudes de onda emitidas. Los dos LEDs idénticos producen luz azul en el rango de 465 nm, el superior izquierdo produce luz en el rango de 405 nm y finalmente, el inferior derecho, en el rango de 445 nm. La Figura 4 ilustra la huella de luz proyectada por la lámpara.

La Figura 5 presenta el análisis espectral de la luz emitida por los tres aparatos examinados. Como se puede ver, sólo VALO produjo luz en longitudes de onda más cortas, siendo así capaz de sensibilizar los nuevos fotoiniciadores alternativos.

Cada aparato presenta una punta de estilo diferente. Como se indicó, Demi tiene una punta turbo. La Figura 6 ilustra un acercamiento del extremo emisor de la punta turbo, y la Figura 6b una vista de la fibra óptica del lado reverso. Según el fabricante, la intensidad de la luz varía entre 1.100 y 1.330 mW/cm².

Radii-cal presenta una potencia de salida de 1.200 mW/cm² según el fabricante. La Figura 7 ilustra la tapa plástica de la punta de la lámpara.

La VALO de Ultradent tiene tres modos de operación: 1.000, 1.400 y 3.200 mW/cm², según el fabricante. El modo de 1.400 mW/cm² fue seleccionado para el estudio. Es la única lámpara que tiene una lente en la punta, responsable de la colimación de la luz del aparato. Las Figuras 8a y 8b muestran la lente aislada y montada respectivamente. La Figura 8c ilustra el comportamiento de la lente.

La Figura 9 ilustra la colimación del rayo de luz de cada uno de los aparatos de fotopolimerización en un medio acuoso disperso. La imagen ayuda a visualizar el concepto de colimación y el área de iluminación de cada aparato a diferentes distancias, pero no debería tomarse en cuenta en forma separada de la información recolectada debido a su imprecisión inherente.

De los datos reunidos a través del simulador MARC, los autores notaron que la potencia real emitida por los tres aparatos fue mayor que la potencia de salida estipulada por los fabricantes. A 0mm, la Demi emitió 1.678 mW/cm2 (versus 1.330 mW/cm2), la Radii-cal emitió 1.669 mW/cm² (versus 1.200 mW/cm²) y la VALO en el modo de Alta Potencia emitió 1.838 mW/cm² cm² (versus 1.400 mW/cm²).

Sin embargo, a medida que la distancia entre la punta y el sensor aumentó a 4 y 8mm, hubo una reducción significativa en la cantidad de luz que alcanzó el sensor. La irradiancia a 4mm era de 1.106 mW/cm2 para Demi, 511 mW/cm² para Radii-cal y 1.209 mW/cm² para VALO. A 8mm, los valores fueron aún más bajos: 792 mW/cm2 para Demi, 323 mW/cm2 para Radii-cal y 999 mW/cm2 para VALO.

Con esta información, fue posible calcular la cantidad de tiempo total necesario para alcanzar el valor de 16 J/cm². A 0mm, los tiempos necesarios eran 9,53 segundos para Demi, 9,58 segundos para Radii-cal y 8,7 segundos para VALO.

A medida que la irradiancia decaía con el incremento de la distancia, el tiempo necesario para alcanzar 16 J/cm² fue de 14,47 segundos para Demi, 31,33 segundos para Radii-cal y 13,23 segundos para VALO a una distancia de 4mm. Finalmente, a 8mm, los valores fueron 20,17 segundos para Demi, 49,55 segundos para Radii-cal y 16,01 segundos para VALO.

La Figura 10 resume los datos de arriba para las tres distancias. Con el incremento de distancia entre la punta emisora de luz y el sensor, también hay un incremento en la cantidad de tiempo necesario para alcanzar el valor específico. Este incremento de tiempo es distintivo para cada aparato, ya que cada uno tiene una característica de colimación diferente.

Los autores concluyeron que sólo VALO presenta un amplio espectro de luz compatible con el pico de absorción de los fotoiniciadores que no sean canforoquinona. Los tres aparatos presentaron pérdida de irradiancia cuando se aumentó la distancia desde la punta emisora de luz y el sensor, pero VALO mostró menos pérdida de irradiancia (y por ende, mejor colimación). Radii-cal mostró la mayor pérdida de irradiancia cuando se aumentó la distancia.

Conclusión
Las resinas dentales bien polimerizadas presentan mejores propiedades mecánicas y, por ello, mejor desempeño clínico. Esto es especialmente importante pues la resina compuesta para uso dental es un material exigente en términos de manipulación, y la boca en sí misma es un ambiente inhóspito.

Al polimerizar una resina compuesta no deberíamos prestar atención sólo a la potencia de salida de la lámpara de polimerización, ya que aparatos con salida de luz similares pueden presentar un comportamiento significativamente diferente. Deben tomarse en cuenta otros factores, como la densidad de energía, la colimación de la luz, qué fotoiniciadores utiliza la resina compuesta, la ubicación y el tipo de restauración, y la distancia desde la punta emisora de luz hasta la restauración.

Esto es especialmente importante en la época de la odontología mínimamente invasiva, donde la demanda estética ya es una realidad, y la necesidad de que las restauraciones permanezcan hermosas y en su lugar por períodos de tiempo más prolongados es un hecho.

Reconocimientos
Deseamos agradecer al editor en jefe de la Revista APCD de Estética por su amabilidad al permitir la publicación de algunas figuras y gráficos que aparecieron originalmente en el artículo referenciado.
Referencias

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1. Master en Biomateriales por el Instituto de Investigación Nuclear e Ingeniería de la Universidad de São Paulo (Brasil); Investigador Asociado de la UNESP Universidad de Odontología, São José dos Campos. Trabaja tiempo completo en su práctica privada, enfocada en odontología estética.
2. MCU-PH, Odontología Restauradora, servicio OCE. UFR de Odontología de Montpellier I.
3. Master y PhD en Endodoncia po la UNESP Universidad de Odontología, São José dos Campos; Profesor Coordinador del Curso de Especialización en Endodoncia del Instituto NAP, São Paulo.
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