Desarrollo de un dispositivo biomecánico para la medida del desgaste por masticación en el esmalte dental y su caracterización estructural a escala micrométrica

Abstract

[ES] El presente TFM tiene como objetivo el desarrollo de un nuevo dispositivo biomecánico de medida de desgaste por masticación en esmalte dental humano causado por micropartículas de origen biológico (fitolitos) que se encuentran depositadas en las hojas de las plantas. La investigación de estas micropartículas tiene aplicaciones en el campo de la biomedicina para el análisis de problemas clínicos relacionados con el desgaste/abrasión dental, en el campo de la biología evolutiva para la mejora en la interpretación de las marcas de desgaste en los dientes fósiles y en el campo de la biología de plantas con implicaciones en el estudio de la rigidez de las hojas y sus mecanismos de defensa contra depredadores. Actualmente existe una evidencia aparentemente contradictoria sobre el papel de los fitolitos como agentes causantes del desgaste microscópico del esmalte dental. Los estudios previos para simular el desgaste causado por fitolitos por el efecto de la masticación están basados en técnicas convencionales que no se han adecuado ni a la morfología de las hojas de las plantas ni a los procesos de masticación humana. Este trabajo contribuye mediante el desarrollo de un nuevo dispositivo biomecánico que permite realizar pruebas con fitolitos integrados en un polímero que simula una hoja de planta (biocomposite). En los ensayos se aplican fuerzas normales deslizantes que tienen lugar en el proceso de masticación sobre el esmalte dental. Para caracterizar el daño se utilizan técnicas de microscopía y técnicas espectroscópicas. Los resultados indican que la materia vegetal que contiene fitolitos puede causar abrasión en el esmalte humano y a su vez se obtiene una disminución del contenido mineral. Sin embargo, la extensión de dicho daño depende críticamente de la aplicación y solo es grave más allá de un valor umbral. La nueva evidencia puede reconciliar los resultados previos contradictorios.

[EN] This Master¿s thesis aims to develop a new biomechanical device for measuring chewing wear in human dental enamel caused by microparticles of biological origin (phytoliths) that are integrated in the leaves of plants. The research about these microparticles has applications in the field of biomedicine for the analysis of clinical problems related to dental wear/abrasion, in the field of evolutionary biology for the improvement in the interpretation of wear marks on fossil teeth and in the field of plant biology with implications for the study of leaf stiffness and its defense mechanisms against predators. At the present time, there is seemingly contradictory evidence on the role of phytoliths as agents causing microscopic wear of tooth enamel. Previous studies to simulate the dental wear caused by phytoliths due to the effect of chewing are based on conventional techniques that have not been adapted to the morphology of plant leaves or to human chewing processes. This project contributes to the above topic by developing a new biomechanical device that allows conducting tests with disperse phytoliths embedded in a polymer sheet which simulates a plant leaf (biocomposite). In the tests, normal sliding forces that occur in the chewing process are applied to the tooth enamel. Microscopy and spectroscopic techniques are used to characterize the damage. The results obtained indicate that plant matter containing phytoliths can cause abrasion in human enamel and there is a decrease in mineral content. However, critically the extent of such damage depends on the applied and is only severe beyond a threshold value. The new evidence can reconciliate the previous contradictory results.

[CAT] El present TFM té com a objectiu el desenvolupament d'un dispositiu biomecanic per a la mesura del desgast per masticació en l'esmalt dental humà causat per microparticulas d'origen biològic (fitolitos) que es troben depositades en els fulls de les plantes. La investigació d'estes micropartícules té aplicacions en el camp de la biomedicina per a l'anàlisi de problemes clínics relacionats amb el desgast/abrasió dental, en el camp de la biologia evolutiva per a la millora en la interpretació de les marques de desgast en les dents fòssils i en el camp de la biologia de plantes amb implicacions en l'estudi de la rigidesa dels fulls i els seus mecanismes de defensa contra depredadors. Actualment hi ha una evidència aparentment contradictòria sobre el paper dels fitolitos com a agents causants del desgast microscòpic de l'esmalt dental. Els estudis previs per a simular el desgast causat per-fitolitos per l'efecte de la masticació estan basats en tècniques convencionals que no s'han adequat ni a la morfologia dels fulls de les plantes ni als processos de masticació humana. Este treball contribuïx per mitjà del desenvolupament d'un dispositiu biomecanic que permet realitzar proves amb fitolitos integrats en un polímer que simula un full de planta (biocomposite) . En els assajos s'apliquen forces normals lliscants que tenen lloc en el procés de masticació sobre l'esmalt dental. Per a caracteritzar el dany s'utilitzen tècniques de microscòpia i tècniques espectroscòpiques. Els resultats indiquen que la matèria vegetal que conté fitolitos pot causar abrasió en l'esmalt humà i al seu torn s'obté una disminució del contingut mineral. No obstant això, l'extensió del dit dany depén críticament de l'aplicació i només és greu més enllà d'un valor llindar. La nova evidència pot reconciliar els resultats previs contradictoris.