半導(dǎo)體激光在根管消毒中的應(yīng)用研究

孫楚文 綜述; 朱亞琴 審校

(上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院·口腔綜合科,上海市口腔醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 上海 200011)

·綜述·

半導(dǎo)體激光在根管消毒中的應(yīng)用研究

孫楚文 綜述; 朱亞琴 審校

(上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院·口腔綜合科,上海市口腔醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 上海 200011)

半導(dǎo)體激光器是由兩層半導(dǎo)體材料交織包裹一層非導(dǎo)體材料組成，通常由鎵(Ga)、砷(As)、鋁(Al)和銦(In)等元素組成。由于半導(dǎo)體激光對(duì)牙體組織具有良好的滲透性，目前已被廣泛應(yīng)用于口腔治療中，特別是波長(zhǎng)在800～980 nm的半導(dǎo)體激光在牙髓病學(xué)中的應(yīng)用最為廣泛。本文就半導(dǎo)體激光用于根管治療中的研究進(jìn)展情況，及其對(duì)根管消毒的作用機(jī)制和消毒效果的影響因素等作一綜述。

半導(dǎo)體激光; 根管消毒; 糞腸球菌; 牙本質(zhì)小管

[DOI] 10.15956/j.cnki.chin.j.conserv.dent.2015.12.012

[Chinese Journal of Conservative Dentistry,2015,25(12): 750]

眾所周知，根管治療的關(guān)鍵在于徹底清除根管系統(tǒng)內(nèi)的致病微生物及其產(chǎn)物，以達(dá)到促進(jìn)根尖周組織愈合的目的。然而，由于一些微生物可侵入牙本質(zhì)小管深部，難以被傳統(tǒng)的沖洗消毒方法徹底清除。因此如何清除根管系統(tǒng)深部的細(xì)菌一直是根管治療中最主要的難點(diǎn)，也是決定根管治療是否成功的關(guān)鍵[1]。

在感染根管中，根管內(nèi)的微環(huán)境僅可選擇性地使少數(shù)種類的細(xì)菌存活，如：糞腸球菌、咽峽炎鏈球菌和具核梭桿菌等[2]。其中，糞腸球菌是目前認(rèn)為影響根管治療預(yù)后的最主要的細(xì)菌，通?？稍跓o(wú)癥狀感染或頑固性感染、治療后感染根管中被分離得到，檢出率可達(dá)24%～77%[3-4]。糞腸球菌是一種能夠侵入牙本質(zhì)小管、耐受化學(xué)清理、機(jī)械預(yù)備及根管內(nèi)封藥的G+兼厭氧菌。有研究顯示[5-6]，即使是有藥物存在的情況下，糞腸球菌依舊能在根管內(nèi)形成細(xì)菌生物膜；尤其在成熟的生物膜中，糞腸球菌也可在不分裂的情況下持續(xù)存活，并能誘導(dǎo)磷灰石的再沉積。另外，糞腸球菌對(duì)氫氧化鈣亦有較強(qiáng)的耐受力，僅在pH超過(guò)11.5時(shí)方可被殺滅；而氫氧化鈣在根管內(nèi)因根部牙本質(zhì)的緩沖作用，其pH值最高僅達(dá)10.3左右[7-8]。因此，許多抗微生物藥物對(duì)于生物膜狀態(tài)下的糞腸球菌只表現(xiàn)出較低的敏感性。

然而，激光治療的引入則解決了上述難題，特別是半導(dǎo)體激光，由于其所發(fā)出的光譜相比于牙體組織更易被水吸收，這就使其具備了良好的滲透性，從而能夠作用于存活在牙本質(zhì)小管深部的微生物。因此，高功率半導(dǎo)體激光現(xiàn)被廣泛應(yīng)用于牙科治療中，并在牙本質(zhì)滅菌方面表現(xiàn)出令人滿意的效果[9]。本文就半導(dǎo)體激光用于根管治療中的研究進(jìn)展情況，及其對(duì)根管消毒的作用機(jī)制和消毒效果的影響因素等作一綜述。

1 半導(dǎo)體激光應(yīng)用于根管消毒的實(shí)驗(yàn)證據(jù)

隨著根管治療技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)根管消毒方法的不足逐漸被發(fā)現(xiàn)并越來(lái)越被重視。臨床上對(duì)根管進(jìn)行化學(xué)機(jī)械預(yù)備的過(guò)程中，通常采用次氯酸鈉、EDTA和MTAD等藥物進(jìn)行沖洗滅菌。然而，有研究表明[10]，傳統(tǒng)沖洗劑由于滲透深度不足，并不能使根管內(nèi)和牙本質(zhì)深層得到徹底的清潔，尤其是根管系統(tǒng)的近根尖1/3的部位。Siqueira JF Jr等[11]研究顯示，根尖1/3的根管有很大比例存在根分叉或根尖分歧等結(jié)構(gòu)變化，常規(guī)的化學(xué)、機(jī)械預(yù)備方法無(wú)法到達(dá)這些結(jié)構(gòu)中，從而可能造成治療后再感染。

正因如此，高功率半導(dǎo)體激光作為一種新的根管消毒方法被運(yùn)用于根管內(nèi)滅菌。研究發(fā)現(xiàn)，該方法與傳統(tǒng)根管沖洗劑相比，能更好地滲入牙體組織，從而可殺滅根管系統(tǒng)中傳統(tǒng)方法難以到達(dá)部位的細(xì)菌[12-14]。Siqueira JF Jr等[15]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，半導(dǎo)體激光可深入至牙本質(zhì)小管內(nèi)1 000 μm處，而普通化學(xué)消毒劑的滲透深度則僅在100 μm以內(nèi)。

Mathew J等[16]分別對(duì)傳統(tǒng)注射針沖洗、EndoActivator、半導(dǎo)體激光和PIPS等4種根管消毒技術(shù)的殺菌效果進(jìn)行評(píng)估時(shí)發(fā)現(xiàn)，半導(dǎo)體激光具有更好的殺菌能力，與傳統(tǒng)注射針沖洗相比，其根管壁上遺留的細(xì)菌顯著減少。Gerek M等[17]報(bào)道，預(yù)備完成后的根管經(jīng)半導(dǎo)體激光照射后，根管系統(tǒng)內(nèi)細(xì)菌的每毫升中的菌落形成單位(CFU/mL)基本為0。

2 半導(dǎo)體激光應(yīng)用于根管消毒的作用機(jī)制

半導(dǎo)體激光對(duì)根管的消毒效果主要依靠其所產(chǎn)生的熱效應(yīng)，其作用機(jī)制主要為：破壞根管內(nèi)細(xì)菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu)以及對(duì)牙本質(zhì)小管的改建作用。

López-Jiménez L等[18]運(yùn)用AFM(原子力顯微鏡)觀察半導(dǎo)體激光對(duì)根管內(nèi)細(xì)菌的作用時(shí)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)半導(dǎo)體激光照射后，除能使根管表面變得清潔外，還能使根管內(nèi)的細(xì)菌表面遭到嚴(yán)重破壞并使其形態(tài)發(fā)生變化，具體表現(xiàn)為：細(xì)胞表面出現(xiàn)白紋、菌細(xì)胞內(nèi)容物滲漏并失去原有的細(xì)胞形態(tài)；在6.25 μm2掃描幅度的圖像中還可觀察到菌細(xì)胞表面有一些清晰分辨的水泡和形狀擾動(dòng)，這可能是細(xì)菌溶解的表現(xiàn)；鏡下觀察可見，經(jīng)過(guò)激光輻射的細(xì)菌會(huì)發(fā)生諸如失去膜胞、細(xì)胞瓦解及膜胞小孔融合等形態(tài)變化。以上研究結(jié)果提示，半導(dǎo)體激光可通過(guò)其熱效應(yīng)破壞細(xì)菌的正常結(jié)構(gòu)，從而殺滅細(xì)菌。

半導(dǎo)體激光之所以能很好地滲透入根管深部，主要是依賴其光纖傳輸系統(tǒng)。激光輻射可通過(guò)石英光導(dǎo)纖維(直徑一般為200～320 μm)進(jìn)行傳播，深入至牙本質(zhì)內(nèi)1 mm及根尖部細(xì)小、不規(guī)則的根管內(nèi)，而且又不會(huì)對(duì)根尖周組織造成損傷[9，19]。一般情況下，牙體硬組織很少吸收半導(dǎo)體激光所發(fā)出的輻射，只是允許其光源在牙本質(zhì)間傳播、散射或漫透射[20]。而牙本質(zhì)小管和釉柱則均可作為光源導(dǎo)體使半導(dǎo)體激光能夠滲透至更深的部位并發(fā)揮抗菌作用[18]。Faria MIA等[20]通過(guò)電子顯微鏡下的超微結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，激光輻射能改變牙本質(zhì)的形態(tài)，一般情況下，其可使根尖區(qū)的牙本質(zhì)小管發(fā)生閉鎖，而同時(shí)又可促進(jìn)根中及根頸1/3的牙本質(zhì)小管開放，這可能與根尖區(qū)及其上段根管直徑相差懸殊，致使牙本質(zhì)與激光光纖接觸的密切程度不同有關(guān)。有學(xué)者認(rèn)為，持續(xù)的半導(dǎo)體激光輻射能夠產(chǎn)熱，其所引起的熱效應(yīng)和隨后的表面冷卻可使牙本質(zhì)小管熔融后再結(jié)晶，從而改變了牙本質(zhì)表面的形態(tài)[20-21]。電鏡下觀察還發(fā)現(xiàn)，在激光照射過(guò)程中，根管內(nèi)的牙本質(zhì)碎屑會(huì)被消融而汽化，從而使根管壁形成明顯的火山口形態(tài)；而若溫度過(guò)高、熱效應(yīng)持續(xù)，則會(huì)使根管壁表面發(fā)生碳化、拋光，并進(jìn)而使牙本質(zhì)小管融化閉鎖。另有研究發(fā)現(xiàn)，激光可通過(guò)清除根管內(nèi)的碎屑、減小牙本質(zhì)小管的開放數(shù)量和直徑，而獲得一個(gè)光潔的根管壁，并進(jìn)而降低根尖區(qū)域根管的滲透性[22-23]。另外，Moura-Netto C等[24]的實(shí)驗(yàn)還證實(shí)，根管充填時(shí)，在經(jīng)過(guò)激光治療的根管上部，封閉材料能更好的滲透入開放的牙本質(zhì)小管，達(dá)到良好的封閉作用；而閉鎖的根尖部牙本質(zhì)小管則可使液體及細(xì)菌產(chǎn)物難以進(jìn)入，從而使微滲漏顯著減少[25]。

半導(dǎo)體激光用于根管治療時(shí)除具有上述作用外，還具有促進(jìn)組織愈合、減少診間疼痛等作用；而且低強(qiáng)度的半導(dǎo)體激光還可通過(guò)刺激細(xì)胞增殖、抑制與組織破壞相關(guān)的炎癥傳播酶類等作用，從而誘導(dǎo)組織愈合，并消除組織水腫[15，26]。

3 影響半導(dǎo)體激光對(duì)根管消毒效果的因素

3.1 半導(dǎo)體激光器的參數(shù)設(shè)定

半導(dǎo)體激光因其波長(zhǎng)及功率的大范圍可調(diào)節(jié)性而適用于不同學(xué)科的各個(gè)領(lǐng)域。而應(yīng)用于根管消毒的半導(dǎo)體激光，一般將其波長(zhǎng)控制在800～980 nm較為安全有效。短波長(zhǎng)的半導(dǎo)體激光(LLLT，如λ=680 nm)對(duì)組織愈合有較強(qiáng)的促進(jìn)作用，但在殺菌方面的效果較差，不能達(dá)到清除糞腸球菌等頑固細(xì)菌的目的；而λ>1 000 nm的半導(dǎo)體激光則已進(jìn)入紅外線范圍，其對(duì)細(xì)菌微生物的作用與980 nm相比不僅無(wú)明顯改善，還可能會(huì)對(duì)牙體組織造成不良影響。對(duì)于輸出功率的設(shè)定，臨床上一般控制在1.5～3.0 W，激光的作用效果隨著功率的增大而逐漸加強(qiáng)。但過(guò)高的功率也有可能會(huì)對(duì)根管壁及根尖周組織造成損傷。近期亦有研究顯示，半導(dǎo)體激光的作用效果主要取決于激光輻射下牙本質(zhì)表面各物質(zhì)之間的化學(xué)作用，功率對(duì)其影響并不明顯[20]。

3.2 光纖與牙本質(zhì)接觸的密切程度

前文提到，根管經(jīng)半導(dǎo)體激光照射后，其近冠部的牙本質(zhì)小管多因輻射產(chǎn)生的熱效應(yīng)而趨于開放；與之相反，根尖部的牙本質(zhì)小管則多發(fā)生閉鎖。這可能是由于根尖1/3的根管狹窄，激光光纖能更近距離的接觸根管壁，使其吸收更多的輻射而造成的。當(dāng)激光作用于根管壁時(shí)，一部分光能量被牙本質(zhì)中的水分子所吸收，從而使局部輻射區(qū)域在短時(shí)間內(nèi)被加熱至一個(gè)很高的溫度。牙本質(zhì)吸收的能量可隨著熱能在組織內(nèi)傳播，從而引起蒸發(fā)和融化現(xiàn)象。在牙髓治療中，上訴這種現(xiàn)象可直接導(dǎo)致牙本質(zhì)小管的閉塞或開放，具體取決于其吸收率[22]；而伸入根管內(nèi)的激光光纖與根管壁牙本質(zhì)的接觸越密切，組織對(duì)輻射熱能的吸收率就越高。

3.3 半導(dǎo)體激光在根管內(nèi)的照射時(shí)間

半導(dǎo)體激光光纖伸入根管內(nèi)照射時(shí)間的長(zhǎng)短，亦是影響其消毒效果的因素之一。接觸時(shí)間越長(zhǎng)，接觸越充分，殺菌效果就越好。在考慮其安全性的條件下，為達(dá)到足夠的累計(jì)時(shí)長(zhǎng)，臨床上一般分多次進(jìn)行根管消毒，每次控制在5～10 s。

3.4 激光消毒前是否進(jìn)行常規(guī)根管沖洗

半導(dǎo)體激光應(yīng)用于根管治療時(shí)雖具有顯著的抗菌作用，但并非滅菌作用。因此，半導(dǎo)體激光照射僅僅可作為一種輔助的消毒方法，而不能完全替代傳統(tǒng)消毒方法。

Gerek M等[17]的實(shí)驗(yàn)表明，無(wú)論使用哪種激光技術(shù)，激光對(duì)于根管的殺菌能力都是依賴于其熱效應(yīng)。從原理上來(lái)說(shuō)，激光在組織中的殺菌作用源于其能在非常短的時(shí)間段內(nèi)將輻射能轉(zhuǎn)換為熱能。而糞腸球菌具有較強(qiáng)的抗熱能力，僅通過(guò)激光的熱效應(yīng)并不能達(dá)到理想的抗菌效果，甚至還不如NaOCl對(duì)其的生化效應(yīng)。因此只有兩者相結(jié)合，才能更有效地清除根管內(nèi)的糞腸球菌。

另外，運(yùn)用半導(dǎo)體激光照射預(yù)備后的根管時(shí)，若熱效應(yīng)持續(xù)不減，則可使牙本質(zhì)小管閉鎖而形成一種光潔、低滲透性的根管壁；而由于微生物往往可以侵入深達(dá)牙本質(zhì)小管2 000 μm的地方，這種特殊結(jié)構(gòu)亦可能使侵入牙本質(zhì)小管深部的細(xì)菌得到保護(hù)[22，27]。因此，有學(xué)者認(rèn)為，在使用半導(dǎo)體激光進(jìn)行根管消毒前，先用適當(dāng)?shù)臎_洗劑(NaOCl、過(guò)氧化氫或生理鹽水)進(jìn)行根管沖洗，則可取得比單純使用激光更好的殺菌效果[28-29]。Preethee T等[30]利用PCR技術(shù)對(duì)激光消毒后的樣本進(jìn)行分析時(shí)也證實(shí)了上述結(jié)論，即激光與沖洗劑聯(lián)合應(yīng)用時(shí)，除能使糞腸球菌在根管內(nèi)的存活率大大降低外，一些沖洗液(如：生物純度的MTAD)不但能清除玷污層，還可作為光導(dǎo)介質(zhì)將光源傳播至外圍牙本質(zhì)[29]。相反，越深入牙本質(zhì)深部，牙本質(zhì)小管的直徑越小，激光輻射的滲透能力也會(huì)受到限制，但其所具有的光散射這一固有屬性仍有助于抗菌劑發(fā)揮作用[15]。利用這種藥物沖洗與激光消毒之間的相互作用，可使根管系統(tǒng)得到更徹底的消毒。

4 半導(dǎo)體激光應(yīng)用于根管消毒的安全性保障

為確保半導(dǎo)體激光應(yīng)用的安全性，首先需要對(duì)術(shù)者進(jìn)行激光儀器應(yīng)用的相關(guān)訓(xùn)練，使之掌握一定的操作技能。因?yàn)楫?dāng)參數(shù)和時(shí)間設(shè)定有所不當(dāng)，將會(huì)損傷根管壁及根尖周組織[19]。對(duì)于根尖周組織，Alfredo E等[31]認(rèn)為，輸出功率設(shè)定為1.5 W和3.0 W的980 nm半導(dǎo)體激光所產(chǎn)生的熱能，雖可使牙本質(zhì)的溫度上升約10 ℃，但并未超過(guò)根尖周組織所能承受的臨界值，因此不會(huì)引起熱損傷；而運(yùn)用功率超過(guò)3.0 W的持續(xù)模式半導(dǎo)體激光時(shí)，由于其所產(chǎn)生的熱量超過(guò)了維持根尖周組織完整性的最大可接受溫度，則會(huì)對(duì)根尖周組織造成一定的損傷。對(duì)于根管壁，F(xiàn)aria MIA等[20]認(rèn)為，使用980 nm波長(zhǎng)、1.5 W及3.0 W輸出功率的參數(shù)設(shè)定并不會(huì)影響根尖微滲漏，激光照射僅會(huì)引起從玷污層改造到最初熔融的超微結(jié)構(gòu)變化，而且這些效應(yīng)會(huì)隨激光功率的增加而增強(qiáng)。

由于半導(dǎo)體激光的作用原理主要依賴其輻射產(chǎn)生的熱效應(yīng)，所以其對(duì)組織產(chǎn)生的損傷也是因局部溫度過(guò)高而導(dǎo)致的。為避免此情況的發(fā)生，除了上述參數(shù)設(shè)定需適當(dāng)外，還應(yīng)保持激光光纖在根管內(nèi)作用時(shí)的不斷移動(dòng)，以防止能量集中于一個(gè)區(qū)域，也是有效預(yù)防其對(duì)組織損傷的方法之一[32]。

5 半導(dǎo)體激光應(yīng)用于根管消毒的優(yōu)點(diǎn)

隨著激光技術(shù)作為輔助方法引入根管治療中以來(lái)，其卓越的殺菌效果已被學(xué)者們廣泛證實(shí)。相比于Nd:YAG激光等固體激光器，半導(dǎo)體激光具有參數(shù)可供調(diào)節(jié)、操作簡(jiǎn)便、成本低廉、設(shè)備輕巧等諸多優(yōu)點(diǎn)[16,25]。除此之外，半導(dǎo)體激光還可通過(guò)調(diào)節(jié)功率而使根管消毒效果得到進(jìn)一步提升，而Nd:YAG激光對(duì)于功率的限制則過(guò)于嚴(yán)苛。Schoop U等[33]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，Nd:YAG激光和半導(dǎo)體激光在功率輸出為1 W時(shí)，對(duì)糞腸球菌的作用均有效；而當(dāng)功率上升至1.5 W時(shí)，則僅半導(dǎo)體激光對(duì)微生物具有抗菌作用。

綜上所述，半導(dǎo)體激光作為一種新型根管消毒技術(shù)被引入臨床后，其作用已獲得了廣大醫(yī)師的肯定。但基于相關(guān)作用原理，激光消毒并不能完全替代傳統(tǒng)的藥物消毒方法，僅可作為輔助手段與沖洗劑結(jié)合使用。而且只要在參數(shù)設(shè)定、操作時(shí)間上嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范，用半導(dǎo)體激光進(jìn)行根管內(nèi)消毒即可達(dá)到令人滿意的效果，有望成為臨床常規(guī)治療手段。

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Application of diode laser in root canal disinfection

SUN Chu- wen, ZHU Ya- qin

(ShanghaiNinthPeople′sHospital,ShanghaiJiaotongUniversitySchoolofMedicine,ShanghaiKeyLaboratoryofStomatology,Shanghai200011,China)

Diode laser device is composed of two layers of semiconductor material which are wrapped in a layer of non- conductive material. The commonly used elements are Gallium (Ga), Arsenide (As), Aluminium (Al) and Indium (In). Diode laser is widely used in the treatment of oral and dental diseases because it can penetrate into tooth tissues. The most widely used wavelength of diode laser is ranged from 800 to 980 nm. Presently diode laser irradiation is an efficient method of root canal disinfection. This paper summarizes the research progress of diode laser in root canal therapy, especially the mechanism and influencing factors in root canal disinfection.

diode laser; root canal disinfection;Enterococcusfaecalis; dentinal tubules

2015-04-23

孫楚文(1990-)，女，漢族，上海人。碩士生

朱亞琴，E-mail：zyq1590@163.com

R781.3

A

1005-2593(2015)12-0750-05

(導(dǎo)師:朱亞琴)