Los dientes, aunque frágiles, tienen que proporcionar un soporte estructural al movimiento repetitivo de la boca que supone la masticación y que dura toda una vida de consumo de alimentos. Pero resulta que el esmalte dental está lleno de defectos estructurales, microfisuras que se encuentran en la interfaz con la dentina subyacente más blanda.
Así lo explica Brain Lawn, Ph.D. en física por la Universidad de Australia Occidental en 1964 y científico de materiales del NIST (Instituto Nacional de Normas y Tecnología de Estados Unidos), donde se ha publicado su artículo. Ahora jubilado, Lawn empezó a interesarse en los dientes al final de su carrera, inicialmente como una actividad secundaria a sus investigaciones en ciencias físicas.
El motivo fue que investigadores dentales de la Universidad de Nueva York (NYU) le contactaron para poder intentar comprender los mecanismos básicos de la descomposición de los dientes, de manera que pudieran adaptar metodologías superiores para prolongar su vida útil así como sus restauraciones.
¿Qué hace a los dientes tan resistentes?
El esmalte de todos nuestros dientes contiene defectos intrínsecos que se originan durante las primeras etapas de desarrollo y suponen la fuente en la que se inician grietas que proliferan con la edad. Pero aun así, los dientes conservan una notable resiliencia incorporada, tal como indica Lawn.
Es esta resiliencia natural lo que empuja a la investigación dental a desarrollar nuevos y mejores materiales de restauración que puedan soportar altas fuerzas de mordida.
Entonces, la gran pregunta a responder es: ¿qué es lo que realmente contribuye a esta gran resistencia de los dientes?.
- En parte es la topografía redondeada de la cúspide del diente, especialmente en los molares. La mayor parte de la fuerza de mordida del diente se transmite como tensión de compresión a lo largo de las paredes de la capa de esmalte, de forma muy parecida a como la cúpula de una catedral transmite su peso a la base estructural. Este esfuerzo de compresión suprime el crecimiento de grietas.
- Otro de los motivos es la estructura jerárquica del esmalte, formada por varillas o prismas mineralizados unidos por vainas proteicas. Estas varillas se entrelazan en un patrón similar que impide que las grietas intrusivas penetren en el interior vulnerable. Esto es similar a lo indicado por investigadores de la Universidad de Extremadura, que han estado estudiado cómo incorporar elementos del esmalte natural del diente a las prótesis dentales. Precisamente para hacerlas tan resistentes como los dientes.
Comprender el origen de las grietas
A modo de demostración, Lawn y sus colegas realizaron pruebas de falla en dientes molares de pacientes humanos y algunas nutrias marinas. También realizaron pruebas ficticias consistentes en cubiertas de vidrio rellenas con resina, simulando esmalte sobre dentina.
“Estas últimas pruebas proporcionaron un método simplista pero valioso para dilucidar cómo se puede desarrollar el daño dental durante la masticación y para establecer la mecánica esencial que gobierna la integridad dental”, escribía Lawn en el artículo.
Lo que comprobaron fue que las grietas pueden abrirse paso por las paredes laterales, pero permanecen muy estables, lo que significa que se extienden gradualmente con cada pequeño aumento en la fuerza de mordida. Solo una sobrecarga de fuerza espuria puede hacer que dichas grietas lleguen a fallar por completo.
“En nuestros experimentos, algunas grietas se originaron en la superficie superior, otras en el margen del diente, dependiendo de si el contacto se aplicó con un objeto de indentación «duro» o «blando». Fundamentalmente, distinguir entre estos dos orígenes ayuda a los biólogos a determinar la naturaleza de las dietas de los diferentes animales, específicamente si tienden a comer alimentos duros o blandos”.
Y es que los patrones de fractura de los dientes varían notablemente de una especie a otra: omnívoros, carnívoros, herbívoros. Por lo que el estudio de varios modos de fractura en diferentes especies, arroja además luz sobre su evolución.
Lawn comparte sobre sus investigaciones que también desarrollaron “ecuaciones analíticas que relacionan la fuerza de mordida crítica (la fuerza a la que ocurre la falla del diente) con parámetros importantes como el tamaño del diente y el espesor del esmalte. Esas relaciones permiten a los biólogos estimar las fuerzas de mordida críticas para cualquier especie dada, solo a partir de la geometría del diente. Mientras que anteriormente tales determinaciones requerían un análisis elaborado de la mecánica de la mandíbula, lo cual llevaba mucho tiempo”.
Conclusiones
En conclusión, el autor del artículo indica que la investigación realizada es importante porque descubrir los secretos de la naturaleza, además de dar pistas sobre nuestra evolución, también conduce a una expansión de la biomimética, donde la simulación de materiales biológicos naturales proporciona una ruta completamente nueva para el diseño y desarrollo de nuevas estructuras compuestas y multicapa, con mayor resistencia y que encajan en nuevas vías para la fabricación de bio y nanoingeniería.
