Trapano dentale

Il trapano dentale fa girare una piccola fresa abbastanza in fretta da asportare smalto e dentina. I denti forati più antichi, bucati con punte di selce mosse da un archetto, vengono da Mehrgarh, in Pakistan, e lo smalto dentario li data tra il 5200 e il 4700 a.C. circa, mentre le stime precedenti dicevano dal 7000 al 5500 a.C. Dal 1871 un pedale azionò il trapano, e dal 1957 le turbine ad aria lo fanno girare a centinaia di migliaia di giri al minuto.

Che cos’è

Il trapano dentale è un utensile rotante che taglia il dente. Il dentista lo usa per togliere la carie prima di un’otturazione, per sagomare un dente che porterà una corona e per aprire l’interno del dente prima di curarne la radice. La parte che taglia è la fresa, una piccola testa d’acciaio, di carburo di tungsteno o di grani di diamante montata su un gambo sottile. La fresa è stretta in un manipolo, che il dentista guida con le dita come una penna.

La fresa è sempre stata minuscola. Quello che la fa girare è cambiato molte volte: un archetto, le dita o una manovella, una molla a orologeria, un pedale, un motore elettrico e, dalla fine degli anni Cinquanta, una piccola turbina spinta dall’aria compressa.

Come funziona

Le frese hanno teste di molte forme. Girando, i loro taglienti staccano sottili trucioli dal dente.

Una fresa dentale lavora come una fresa da officina in miniatura. I suoi taglienti, o i grani di diamante incollati sulla testa, staccano trucioli di smalto e dentina mentre gira. Lo smalto è durissimo, e una fresa lenta costringe a premere forte e fa vibrare il dente. Ogni nuovo sistema di trasmissione ha quindi cercato soprattutto la velocità. Il dentista James B. Morrison di Saint Louis dichiarava circa 2000 giri al minuto per il suo trapano a pedale del 1871, quando i trapani a mano arrivavano a circa 15. I manipoli mossi da cinghia giravano a circa 2000 giri al minuto nel 1938 e a 6500 nel 1950.

In un trapano a pedale il piede fa oscillare un pedale. Una biella fa girare la manovella di una pesante ruota motrice, e una corda porta la rotazione dalla gola di quella ruota a piccole pulegge poste negli snodi di un braccio e poi a una puleggia sul retro del manipolo. Dentro il manipolo un alberino d’acciaio gira con quella puleggia e tiene la fresa in punta, mentre il tubo esterno resta fermo nella mano del dentista. Il brevetto di Morrison aggiungeva molle negli snodi per tenere tesa la corda quando il braccio si muove. Altri trapani trasmettevano il moto con un albero flessibile, una spirale di filo d’acciaio che gira in una guaina, descritto nel 1829 dall’ingegnere scozzese James Nasmyth.

Nella turbina la fresa sta al centro di un rotore che il getto d’aria fa girare.

La turbina ad aria fa a meno di cinghie e alberi. L’aria compressa scende nel manipolo e colpisce un piccolo rotore a palette alloggiato nella testa, al centro del quale è stretta la fresa. A vuoto una turbina attuale gira tra 330.000 e 400.000 giri al minuto, secondo il produttore W&H, e scende a circa la metà mentre taglia, perché ha poca coppia. I micromotori elettrici girano più piano, fino a circa 40.000 giri al minuto, ma un contrangolo a ingranaggi moltiplica questa velocità per cinque alla fresa e la mantiene sotto carico. A queste velocità l’attrito scalda il dente, perciò i manipoli attuali spruzzano acqua sulla fresa da piccoli ugelli.

Come si fa

Questo esercizio fora un dente di gesso con un trapano ad archetto, per vedere come una punta che gira taglia un materiale duro. Non ha niente a che fare con le cure dentali: non usate mai un trapano, una lima o un altro utensile su un dente vero, su una persona o su un animale.

Impastate gesso con acqua, versatelo in un bicchierino di carta e lasciatelo indurire un giorno. Togliete il bicchiere: quel blocchetto di gesso è il dente. Per il trapano prendete un tondino diritto di legno duro, lungo circa 25 cm e spesso 10 mm. Fate un piccolo foro a un’estremità e incollateci una punta da trapano di 3 mm, oppure un chiodo d’acciaio temprato con la punta affilata alla lima. Arrotondate l’altra estremità perché giri libera in un incavo poco profondo ricavato in un blocchetto di legno, l’appoggio per la mano. Strofinate l’incavo con sapone o cera di candela.

Fate l’archetto con un bastone un po’ flessibile di circa 60 cm e uno spago legato ai due capi, abbastanza lento da fare un giro attorno al tondino. Stringete il blocco di gesso in una morsa o fissatelo al banco con un morsetto. Avvolgete lo spago una volta attorno al tondino, appoggiate la punta sul gesso, premete piano sull’appoggio e muovete l’archetto avanti e indietro con colpi lunghi. Il tondino gira in un senso e poi nell’altro, e la punta morde il gesso. Guardate il foro con una lente: le pareti portano sottili righe circolari, come quelle viste nei fori di Mehrgarh.

Storia ed evoluzione

Un trapano ad archetto con punta di selce come quelli di Mehrgarh, accanto a un molare forato.

I denti forati più antichi vengono da un cimitero neolitico di Mehrgarh, nell’attuale Pakistan. Chi lo scavò lo datava tra il 7000 e il 5500 a.C. circa, ma le datazioni al radiocarbonio dello smalto dentario di 23 sepolti, pubblicate nel 2025 da Benjamin Mutin e colleghi, lo collocano tra il 5200 e il 4700 a.C. circa. Nel 2006 Andrea Coppa, Roberto Macchiarelli e i loro colleghi vi hanno descritto undici molari di nove adulti, ognuno con un piccolo foro tondo largo da 1,3 a 3,2 mm e profondo fino a 3,5 mm. Sottili righe concentriche sulle pareti indicano un utensile rotante. I bordi erano stati levigati dalla masticazione, quindi la foratura fu fatta su persone vive, e quattro dei denti avevano una carie accanto al foro. Gli stessi abitanti del villaggio foravano perline di conchiglia e di turchese con punte di selce fissate a bastoncini di legno e fatte girare con un archetto. Con un trapano del genere il gruppo di ricerca ha aperto un foro simile nello smalto umano in meno di un minuto. In un cimitero più recente dello stesso sito non è emerso nessun dente forato.

Per millenni, poi, la carie fu raschiata soprattutto con strumenti a mano o con piccoli trapani girati a mano. Nel 1790 John Greenwood, uno dei dentisti di George Washington, costruì un trapano a pedale partendo da un filatoio. Nel 1858 il dentista Charles Merry di Saint Louis realizzò un trapano a mano che usava l’albero flessibile di Nasmyth. Nel 1864 il dentista inglese George Fellows Harrington mise in commercio l’Erado, un trapano a orologeria che girava circa due minuti per ogni carica. Era rumoroso e scomodo, e il pedale lo soppiantò presto.

Il trapano a pedale di Morrison, brevettato il 7 febbraio 1871 e venduto dall’anno seguente, fu il primo trapano dentale a pedale costruito per la vendita, e i dentisti d’Europa e d’America lo adottarono. Negli stessi anni George F. Green costruì un motore dentale elettrico, ma pochi studi avevano la corrente e non ebbe successo. Nel Novecento il motore elettrico sostituì il piede, ma il manipolo restò mosso da una cinghia su pulegge.

Frese più dure, di carburo di tungsteno o rivestite di diamante, arrivarono alla fine degli anni Quaranta e resero utili le alte velocità. In Nuova Zelanda John Patrick Walsh, preside della scuola di odontoiatria dell’Università di Otago, mise a punto con il Dominion Physical Laboratory un manipolo mosso da una turbina ad aria e lo brevettò nel 1949. Negli Stati Uniti l’Airotor di John Borden, presentato nel 1957, fu il primo manipolo a turbina ad affermarsi sul mercato: a vuoto arrivava a 250.000 giri al minuto. Oggi i dentisti usano turbine e micromotori elettrici fianco a fianco, e l’anestesia locale risparmia al paziente il dolore del taglio.