光動(dòng)力療法在根管消毒中的研究進(jìn)展

吳亞楠 張莉

【摘要】 有效的根管消毒是根管治療成功的關(guān)鍵，而常規(guī)的機(jī)械化學(xué)清創(chuàng)很難完全消除根管內(nèi)的感染微生物。尋找一種徹底有效的根管消毒方法至關(guān)重要。光動(dòng)力療法（PDT）是由光誘導(dǎo)的微生物、細(xì)胞或分子的非熱失活，包括光敏劑（PSs）、光源以及氧三種組成成分，它是輔助清除根管內(nèi)感染微生物的一種新型選擇。

【關(guān)鍵詞】 光動(dòng)力療法 光敏劑 根管消毒 根管治療

[Abstract] Effective root canal disinfection is the key to successful root canal treatment， but conventional mechanochemical debridement is difficult to completely eliminate the microorganisms in the root canals. It is important to find a thorough and effective method of root canal disinfection. Photodynamic therapy （PDT） is the non-thermal inactivation of microorganisms， cells or molecules induced by light， including photosensitizer （PSs）， light source and oxygen， it is a new option to assist in the removal of microorganisms in root canals.

[Key words] Photodynamic therapy Photosensitizer Root canal disinfection Root canal treatment

First-author’s address： Binzhou Medical College， School of Stomatology， Yantai 264003， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2021.17.046

細(xì)菌感染是導(dǎo)致牙髓及根尖周組織炎癥發(fā)生發(fā)展的重要因素，感染的根管內(nèi)含多種菌群，這些細(xì)菌多以生物膜的形式存在，加之根管系統(tǒng)復(fù)雜多變，從感染的根管系統(tǒng)中清除復(fù)雜的微生物是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。掃描電鏡已經(jīng)證明和揭示了它們可以深達(dá)牙本質(zhì)小管1 000 μm或更深，因此，普通的沖洗液很難達(dá)到這個(gè)深度，臨床上最常用的次氯酸鈉也僅能穿透牙本質(zhì)小管60～150 μm[1]。為了提高根管系統(tǒng)的消毒水平，一些其他方法如光動(dòng)力療法（PDT）被開(kāi)發(fā)了出來(lái)。PDT是一種對(duì)硬組織或軟組織部位局部應(yīng)用光敏化合物進(jìn)行消毒或滅菌的方法，包括光敏劑（PSs）、光源和氧三個(gè)基本要素。近年來(lái)在口腔科被廣泛地應(yīng)用于齲病、牙髓根尖周病、牙周病、黏膜病、口腔頜面部良惡性腫瘤和口腔癌前病變等[2]。在根管治療中雖然該方法單獨(dú)使用時(shí)的消毒效果具有爭(zhēng)議，但它已經(jīng)被認(rèn)為是一種有效的根管內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)抗菌輔助手段。本文主要就PDT的作用機(jī)制、根管消毒效果，以及影響消毒效果的相關(guān)因素展開(kāi)綜述。

1 PDT的作用機(jī)制

光動(dòng)力療法的機(jī)制是建立在光敏劑、光源和氧這三種無(wú)毒成分的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生預(yù)期的效果[3]。主要有兩種分子反應(yīng)機(jī)制，二者都依賴于細(xì)胞內(nèi)的氧分子。在反應(yīng)的第一階段，這兩種機(jī)制是相似的。大致過(guò)程是光敏劑進(jìn)入細(xì)胞后，以與其吸收光譜相一致的波長(zhǎng)照射，由于光子吸收，使藥物分子從穩(wěn)定基態(tài)進(jìn)入半衰期極短的不穩(wěn)定激發(fā)態(tài)。被激發(fā)的單態(tài)化合物衰減回基態(tài)，以熒光的形式發(fā)光，或轉(zhuǎn)變成更長(zhǎng)久的三態(tài)激發(fā)態(tài)T1。最后通過(guò)Ⅰ型和Ⅱ型機(jī)制在靶部位發(fā)生損傷作用。Ⅰ型反應(yīng)—在激發(fā)的三重態(tài)T1中，光敏劑可以與它周圍的生物分子以氫原子或電子轉(zhuǎn)移的形式傳遞能量，從而導(dǎo)致自由基的形成。最初形成的自由基是以超氧陰離子電子自由基（O2-）的形式存在。這種自由基很容易與周圍分子進(jìn)一步反應(yīng)生成超氧化物-活性氧（ROS），從而破壞靶組織的細(xì)胞膜、蛋白質(zhì)或DNA。Ⅱ型反應(yīng)—處于三重態(tài)狀態(tài)的光敏劑，其能量直接轉(zhuǎn)移到處于基本能態(tài)的氧分子上。對(duì)于分子間這種直接能量的轉(zhuǎn)移是可能的，因?yàn)樗鼈冇邢嗤淖孕?。而通過(guò)這種方式激發(fā)的氧粒子—單態(tài)氧被合成。激發(fā)態(tài)單態(tài)氧具有極強(qiáng)的氧化性，可氧化諸如蛋白質(zhì)、核酸、脂類等多種生物分子，并產(chǎn)生細(xì)胞毒性，造成靶組織的損傷作用[4]。

2 PDT應(yīng)用于根管消毒的殺菌效果

目前關(guān)于PDT在根管消毒中的應(yīng)用的研究多數(shù)僅局限于體外實(shí)驗(yàn)，并已經(jīng)證實(shí)了其有效性，而體內(nèi)實(shí)驗(yàn)相對(duì)較少。Pourhajibagher等[5]從128例就診患者中選取了36例根尖周炎病例進(jìn)行菌株培養(yǎng)，經(jīng)PDT后結(jié)果顯示感染根管中微生物多樣性和數(shù)量均顯著降低，表明PDT在感染根管內(nèi)的抗菌活性方面也是有效的。同時(shí)他還收集了14例繼發(fā)/持續(xù)性根管感染的患者，PDT處理后同樣顯示根管內(nèi)微生物的種類和數(shù)量的下降[6]。然而在當(dāng)代牙髓學(xué)中，次氯酸鈉（NaOCl）仍然是金標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)樗軌蚱茐纳锬7]。因此許多文獻(xiàn)報(bào)道顯示單純PDT的滅菌效果與次氯酸鈉的相當(dāng)或更低[8-9]。PDT更多的是作為傳統(tǒng)根管消毒方法的輔助手段，并顯示出了良好的抗菌效果。Tennert等[10]以15 mg/mL的甲苯胺藍(lán)作為光敏劑，由100 mW的LED光源激活，以評(píng)估PDT、PDT聯(lián)合NaOCl或EDTA等處理后的人離體牙內(nèi)糞腸球菌菌落變化，結(jié)果顯示單獨(dú)使用PDT可使糞腸球菌數(shù)量減少92.7%，PDT聯(lián)合NaOCl沖洗可使糞腸球菌減少99.9%，Hoedke等[9]的研究同樣證實(shí)了此結(jié)論;Ghorbanzadeh等[11]分別用機(jī)械化學(xué)清創(chuàng)術(shù)、機(jī)械化學(xué)清創(chuàng)術(shù)+PDT、機(jī)械化學(xué)清創(chuàng)術(shù)+激光消毒三種根管消毒方法評(píng)估對(duì)糞腸球菌生物膜的殺菌效果，結(jié)果顯示PDT組的生物膜減少率最高，并且對(duì)根管冠、中、根尖三分之一未成熟生物膜和成熟生物膜均有較好療效[9]。

3 影響PDT殺菌效果的相關(guān)因素

3.1 細(xì)菌的狀態(tài)及種類 微生物可以以浮游狀態(tài)或生物膜的形式存在，根管內(nèi)微生物多以生物膜的形式存在，與浮游狀態(tài)下相比，這些復(fù)雜的、有組織的微生物對(duì)抗菌療法的抵抗力至少比浮游狀態(tài)下強(qiáng)1 000倍[12]。實(shí)驗(yàn)證明浮游細(xì)菌比生物膜中的細(xì)菌對(duì)PDT更敏感。生物膜的細(xì)胞外聚合基質(zhì)起到了屏障作用，從而阻止了抗菌劑滲透到生物膜內(nèi)殺死微生物并進(jìn)一步破壞生物膜，這是導(dǎo)致根管治療失敗的一個(gè)重要原因[13]。此外感染根管內(nèi)的病原微生物是多種多樣的，包括厭氧菌、兼性厭氧菌、需氧菌的混合感染。厭氧革蘭陰性桿菌是初次根管感染中常見(jiàn)的分離菌，在治療根管中則以兼性厭氧革蘭陽(yáng)性球菌和桿菌為主，如糞腸球菌、放線菌等。一般來(lái)說(shuō)，與革蘭陰性菌相比，PDT對(duì)革蘭陽(yáng)性菌的殺菌效果更好。這主要是因?yàn)樵诟锾m陽(yáng)性菌中，胞質(zhì)膜被相對(duì)多孔的肽聚糖層脂壁酸包圍，使PSs得以滲透。與之不同的是，革蘭陰性菌的細(xì)胞膜同時(shí)存在內(nèi)膜和外膜，而外膜是通過(guò)表皮多糖層分離的。外膜在細(xì)胞和環(huán)境之間形成有效的滲透屏障，使細(xì)胞與環(huán)境的結(jié)合和滲透更加緊密，PSs難以滲透[14]。

3.2 PSs PSs是一種化學(xué)試劑，當(dāng)被特定波長(zhǎng)的光激活時(shí)，在分子氧存在下將光能轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化為化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生超氧化物或單態(tài)氧，并通過(guò)直接和間接的細(xì)胞毒性誘導(dǎo)細(xì)胞損傷[15]。因此，PSs被認(rèn)為是PDT過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵因素。在根管環(huán)境中使用的PSs的關(guān)鍵特性是，它們能夠吸收可見(jiàn)光中紅色部分的激光，因?yàn)檫@些波長(zhǎng)的光能最大限度地穿透牙本質(zhì)。大多數(shù)光敏劑在630～700 nm被光激活，相當(dāng)于0.5～1.5 cm的穿透深度。PSs對(duì)不同種類的細(xì)菌的作用因其所攜帶的電荷不同而有所差異。通常情況下，陰離子或陽(yáng)離子PSs可以強(qiáng)力破壞革蘭陽(yáng)性細(xì)菌，而只有陽(yáng)離子PSs，或陽(yáng)離子PSs結(jié)合非陽(yáng)離子PSs破壞革蘭陰性滲透屏障這種方式才能殺滅多重革蘭陰性菌[7]。因此可根據(jù)不同微生物感染而有針對(duì)性地選擇光敏劑，如果是革蘭陽(yáng)性，可以同時(shí)使用陽(yáng)離子和陰離子染料，如果是革蘭陰性，陽(yáng)離子染料更有效。一般來(lái)說(shuō)，光敏劑可以具有親水性、疏水性或兩親性，考慮到根管感染是革蘭陽(yáng)性菌和革蘭陰性菌的混合感染，兩親性的PSs如甲苯胺藍(lán)O（TBO）和亞甲基藍(lán)（MB）似乎更適合用于根管治療的PDT[16]。此外，除了光敏劑的類型，其濃度也會(huì)影響消毒效果。

3.3 光源 PDT光源是影響消毒效果的另一重要因素，其基本要求是與PS（通常是波長(zhǎng)最長(zhǎng)的峰值）的激活光譜（電子吸收光譜）相匹配，并在這個(gè)波長(zhǎng)產(chǎn)生足夠的光強(qiáng)度，通常是波長(zhǎng)630～700 nm的低能量激光，功率小于500 mW，輸出功率可被精確調(diào)控，只產(chǎn)生局部效應(yīng)，對(duì)機(jī)體損傷小，可以重復(fù)進(jìn)行多次治療。臨床中最常用的PDT光源有：廣譜燈、激光器和發(fā)光二極管（LED）燈[17]。廣譜燈如金鹵燈等，輻射光譜寬，可進(jìn)行光譜過(guò)濾以匹配任何PSs，但其光能損耗使其效率受限[17]。激光器如Er：YAG激光與Nd：YAG激光在根管消毒中顯示出了良好的抗菌效果，但功率高，產(chǎn)熱多，可能會(huì)通過(guò)產(chǎn)熱對(duì)周圍組織造成不可逆的損傷，如牙骨質(zhì)損傷，牙根吸收、牙槽骨壞死和疼。研究表明，溫度升高5.5 ℃，持續(xù)照射1 min就可以導(dǎo)致不可逆的牙髓炎;當(dāng)溫度升高16.6 ℃時(shí)，牙髓則全部壞死[18]。因此低功率、低成本的LED燈目前更受歡迎。Asnaashari等[19]用LED（630 nm）和半導(dǎo)體激光（810 nm）對(duì)用糞腸球菌感染的單根管離體牙進(jìn)行照射，結(jié)果表明LED（630 nm）比半導(dǎo)體激光（810 nm）更能有效地降低糞腸球菌。應(yīng)用于根管消毒的PDT光源輸出功率尚無(wú)統(tǒng)一，為40～220 mW[20]。文獻(xiàn)[5]的研究使用了下輸出功率為220 mW波長(zhǎng)為635 nm光源光照60 s，結(jié)果表明，微生物多樣性和計(jì)數(shù)明顯下降。

3.4 預(yù)照射時(shí)間與劑量 從PSs進(jìn)入根管系統(tǒng)到實(shí)際光激活所經(jīng)過(guò)的時(shí)間稱為預(yù)輻照時(shí)間[21]。預(yù)照射時(shí)間也是PDT的關(guān)鍵因素之一，因?yàn)樗试SPS穿透牙本質(zhì)并發(fā)揮抗菌作用，有助于將PS留在細(xì)菌內(nèi)，使其吸收更多，關(guān)于預(yù)照射仍存在爭(zhēng)議，現(xiàn)有數(shù)據(jù)顯示預(yù)照射時(shí)間為5～15 min。Soares等[22]報(bào)道，總體而言，PDT的療效隨著能量劑量的增加、菌懸液體積的減小以及輸出功率而統(tǒng)計(jì)學(xué)有顯著性差異。另外，基于根管的復(fù)雜形態(tài)，可以使用光纖直徑為200～1 000 μm的工作頭，這樣可以使光深達(dá)根尖，照射10 s～6 min，可提高消毒效果[23]。

4 優(yōu)勢(shì)與缺點(diǎn)

PDT是一種冷光化學(xué)反應(yīng)，對(duì)周圍組織不產(chǎn)生熱副作用。光敏劑對(duì)特定組織層具有選擇性吸收，光纖激光定向精確，靶組織損傷的高度選擇性。使用PDT作為常規(guī)根管消毒的輔助治療手段，不僅可以顯著降低根管內(nèi)的細(xì)菌負(fù)荷，另外它對(duì)耐藥菌有效，反復(fù)治療也不易產(chǎn)生抗藥性[16]，這些都大大減少了患者的就診次數(shù)及醫(yī)生的椅旁操作時(shí)間。此外，PDT在減少一次性根管治療術(shù)后疼痛方面是有效的[24]，也可以提高根管治療后患牙保存率，以PDT作為輔助治療的牙齒，其10年保存率可高達(dá)97.33%（RCT）和93.67%（Rect）[25]。然而在臨床運(yùn)用過(guò)程中同樣有一些不良事件被報(bào)道出來(lái)，例如光敏劑如TBO和MB等的使用會(huì)導(dǎo)致牙體變色[26]，并且在臨床上表現(xiàn)比較明顯。這可能是較長(zhǎng)的預(yù)照射時(shí)間，使更多的光敏劑進(jìn)入牙本質(zhì)小管中，接近釉牙本質(zhì)界而使牙體顏色變化明顯。此外光敏劑浸透牙本質(zhì)表面，可能會(huì)形成玷污層，使牙本質(zhì)小管閉塞，導(dǎo)致根管微滲漏，最終使充填材料與根管牙本質(zhì)的結(jié)合強(qiáng)度降低[27]，從而降低了根管治療的成功率。

近年來(lái)的研究突出了PDT優(yōu)良的抗菌潛力，雖然有實(shí)驗(yàn)表明PDT的消毒效果不及傳統(tǒng)的化學(xué)機(jī)械清創(chuàng)術(shù)，但作為其輔助手段，PDT是一種良好的選擇。由于不同的實(shí)驗(yàn)采用了不同的光敏劑、不同的輻照劑量和不同功率及波長(zhǎng)的光源，因此，就臨床推薦的方案達(dá)成一致意見(jiàn)似乎還有很大的空間。綜合來(lái)看，目前需要進(jìn)一步研究調(diào)整PDT方案或PSs配方，以優(yōu)化PDT結(jié)果，另外還需要進(jìn)行更多的體內(nèi)研究從而為提高臨床根管治療成功率提供更堅(jiān)實(shí)的研究基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] Zorita-García M.Photodynamic therapy in endodontic root canal treatment significantly increases bacterial clearance， preventing apical periodontitis[J].Quintessence International （Berlin， Germany： 1985），2019，50（10）：782-789.

[2]歐陽(yáng)蘭蘭，汪建中.抗菌光動(dòng)力療法在口腔疾病中應(yīng)用的研究進(jìn)展[J].實(shí)用臨床醫(yī)學(xué)，2020，21（2）：102-104.

[3]高健新，劉青梅.光動(dòng)力療法在齲病防治中的研究進(jìn)展[J].臨床口腔醫(yī)學(xué)雜志，2020，36（2）：123-125.

[4] Plotino G G N，Mercade M.Photodynamic therapy in endodontics[J].International Endodontic Journal，2019，52（2）：760-774.

[5] Pourhajibagher M B A.An in vivo evaluation of microbial diversity before and after the photo-activated disinfection in primary endodontic infections： Traditional phenotypic and molecular approaches[J].Traditional Phenotypic and Molecular Approaches，2018，22（2）：19-25.

[6] Pourhajibagher M，Ghorbanzadeh R，Parker S，et al.The evaluation of cultivable microbiota profile in patients with secondary endodontic infection before and after photo-activated disinfection[J].Photodiagnosis and Photodynamic Therapy，2017，18（3）：198-203.

[7] Gianluca P，Teresa C，Grande N M，et al.New Technologies to Improve Root Canal Disinfection[J].Braz Dent J，2016，27（1）：3-8.

[8] Pourhajibagher M，Chiniforush N.Antibacterial and Antibiofilm Efficacy of Antimicrobial Photodynamic Therapy Against Intracanal Enterococcus faecalis： An In Vitro Comparative Study with Traditional Endodontic Irrigation Solutions[J].J Dent （Tehran），2018，15（4）：197-204.

[9] Hoedke D，Enseleit C，Gruner D.Effect of photodynamic therapy in combination with various irrigation protocols on an endodontic multispecies biofilmex vivo[J/OL].International Endodontic Journal，2018，51（2）：e23-e34.

[10] Tennert C，Drews A M，Walther V.Ultrasonic activation and chemical modification of photosensitizers enhances the effects of photodynamic therapy against Enterococcus faecalis root-canal isolates[J].Photodiagnosis and Photodynamic Therapy，2015，12（2）：244-251.

[11] Ghorbanzadeh A，Bahador A，Sarraf P.Ex vivo comparison of antibacterial efficacy of conventional chemomechanical debridement alone and in combination with light-activated disinfection and laser irradiation against Enterococcus faecalis biofilm[J].Photodiagnosis and Photodynamic Therapy，2020，29（3）：101-105.

[12] Neelakantan P，Romero M，Vera J，et al.Biofilms in Endodontics-Current Status and Future Directions[J].International Journal of Molecular Sciences，2017，18（8）：17-38.

[13] Prada I，Micó-Mu?oz P，Giner-Lluesma T，et al.Influence of microbiology on endodontic failure.literature review[J/OL].Med Oral Patol Oral Cir Bucal，2019，24（3）：e364-e372.

[14] Ilizirov Y，F(xiàn)ormanovsky A，Mikhura I，et al.Effect of Photodynamic Antibacterial Chemotherapy Combined with Antibiotics on Gram-Positive and Gram-Negative Bacteria[J].Molecules，2018，23（12）：31-52.

[15] Kong L，Huang Z，Zhang S S.A facile strategy to realize a singledouble photon excitation-dependent photosensitizer for imaging-guided phototherapy [J].Chem Commun （Camb），2020，56（4）：571-574.

[16] Vendramini Y，Salles A，Portella F F，et al.Antimicrobial effect of photodynamic therapy on intracanal biofilm： A systematic review of in vitro studies[J].Photodiagnosis and Photodynamic Therapy，2020，32（1）：102-113.

[17]林立，李步洪.發(fā)光二極管在光動(dòng)力療法中的應(yīng)用進(jìn)展[J].激光與光電子學(xué)進(jìn)展，2020，57（15）：9-19.

[18] Mirzaie M，Yassini E，Ashnagar S，et al.Evaluation of temperature change during antimicrobial photodynamic therapy with two different photosensitizers in dental caries[J].Photodiagnosis and Photodynamic Therapy，2016，14（3）：115-118.

[19] Asnaashari M，Mojahedi S M，Asadi Z，et al.A comparison of the antibacterial activity of the two methods of photodynamic therapy （using diode laser 810 nm and LED lamp 630 nm） against Enterococcus faecalis in extracted human anterior teeth[J].Photodiagnosis and Photodynamic Therapy，2016，13（2）：233-227.

[20]李美美，黃紋祺.光動(dòng)力療法應(yīng)用于根管消毒的研究進(jìn)展[J].口腔疾病防治，2020，28（11）：739-743.

[21] Trindade A C，De Figueiredo J A P，Steier L，et al.Photodynamic Therapy in Endodontics： A Literature Review[J].Photomedicine and Laser Surgery，2015，33（3）：175-182.

[22] Soares J A，Soares S M C S，De Jesus Tavarez R R，et al.Exploring different photodynamic therapy parameters to optimize elimination of Enterococcus faecalis in planktonic form[J].Photodiagnosis and Photodynamic Therapy，2018，22（2）：127-131.

[23] Pourhajibagher M，Bahador A.Adjunctive antimicrobial photodynamic therapy to conventional chemo-mechanical debridement of infected root canal systems： A systematic review and meta-analysis[J].Photodiagnosis and Photodynamic Therapy，2019，26（3）：19-26.

[24] Coelho M S，Vilas-Boas L，Tawil P Z.The effects of photodynamic therapy on postoperative pain in teeth with necrotic pulps[J].Photodiagnosis and Photodynamic Therapy，2019，27（5）：396-401.

[25] Lane J，Bonsor S.Survival rates of teeth treated with bacterial photo-dynamic therapy during disinfection of the root canal system[J].British Dental Journal，2019，226（5）：333-339.

[26] Costa L M，Matos F D S，Correia A M D O，et al.Tooth color change caused by photosensitizers after photodynamic therapy： An in vitro study[J].Journal of Photochemistry and Photobiology B： Biology，2016，160（2）：225-228.

[27] Souza M A，Pazinatto B，Bischoff K F，et al.Influence of ultrasonic activation over final irrigants in the removal of photosensitizer from root canal walls after photodynamic therapy[J].Photodiagnosis and Photodynamic Therapy，2017，17（3）：216-220.

（收稿日期：2020-12-16） （本文編輯：張爽）