鉺釔鋁石榴石激光與氟聯(lián)合應(yīng)用促進早期釉質(zhì)齲再礦化的體外研究

徐冬雪，黃文燕，黃毅鵬，封瓊，曾素娟

（廣州醫(yī)科大學(xué)附屬口腔醫(yī)院兒童口腔科，廣州口腔疾病研究所，口腔醫(yī)學(xué)重點實驗室，廣州 510140）

自從MAIMAN 1960年第1次報道激光輻射以來，人們對許多潛在的激光應(yīng)用領(lǐng)域進行了研究。鉺釔鋁石榴石（erbium-doped yttrium aluminum garnet，Er：YAG）激光是一種波長為 2.94 μm的硬組織激光，具有多種功能。Er：YAG激光的一大特性是其波長接近水吸收曲線及羥基磷灰石吸收紅外線峰值，故可以有效地去除牙本質(zhì)和釉質(zhì)［1］。1997年，該種類型激光得到FDA批準，可用于牙科去除腐質(zhì)和洞型制備。Er：YAG激光的防齲機制為改變釉質(zhì)結(jié)構(gòu)，降低其可溶性；通過使釉質(zhì)表面熔融、微孔封閉而增強其抗脫礦能力；促進釉質(zhì)對氟的吸收［2］。

氟化物是目前為止應(yīng)用最為廣泛的一種有效防齲物質(zhì)，如果結(jié)合Er：YAG 激光低能量輻照技術(shù)提高氟化物的利用效率，就能很好地增強牙體的抗齲性，同時可以降低氟的使用量［3］。但目前國內(nèi)對于Er：YAG激光與氟聯(lián)合應(yīng)用對早期釉質(zhì)齲再礦化的研究較少，本研究將Er：YAG激光與氟化物聯(lián)合應(yīng)用，對早期釉質(zhì)齲表面進行再礦化處理，利用掃描電鏡觀察再礦化釉質(zhì)表面形態(tài)，并通過能譜分析測定牙釉質(zhì)表面微區(qū)成分，對其作用機制進行初步探討。

1 材料與方法

1.1 主要材料和儀器

多樂氟（美國高露潔棕欖公司，主要成分為50 mg/mL的氟化鈉）；掃描電鏡（日本HITACHI S-3400N）；硬組織切割機（德國EXAKT 300/30-1170）。

1.2 標本制備

選取新鮮拔除的釉質(zhì)表面光滑、顏色正常無缺損、無裂痕的牛下頜切牙50顆，沖洗干凈，冠根分離，在超聲清洗機里進行清洗后自然干燥，以硬組織切割機切割成 6 mm×5 mm×2 mm的釉質(zhì)塊，于每個標本唇面建立直徑1 mm的開窗區(qū)，其余部分涂布抗酸指甲油，于去離子水中 4 ℃保存。

1.3 人工釉質(zhì)脫礦標本的制備

將標本浸泡在脫礦液［部分飽和酸緩沖脫礦體系：2.2 mmol/L Ca（NO3）2、2.2 mmol/L KH2PO4、50 mmol/L醋酸、1.0 mmol/L NaN3、0.1 mmol/L NaF pH4.5］中3 d，接觸面積為1.8 mm2/mL，置于37 ℃恒溫箱中，每天更換脫礦液。

1.4 再礦化

將50塊脫礦釉質(zhì)塊用去離子水沖洗干凈，隨機分成5組，每組10塊，D組：脫礦組，C組：空白對照組，L組：Er：YAG 激光處理組，F(xiàn)V組：含氟涂膜處理組，F(xiàn)VL組：含氟涂膜+Er：YAG 激光處理組。L組以Er：YAG 激光（波長2 940 nm、能量密度60 mJ、頻率10 HZ、功率0.6 W，調(diào)節(jié)激光與牙釉質(zhì)面的距離，使激光光斑剛好覆蓋牙釉質(zhì)面的窗口）照射開窗區(qū)釉質(zhì)5 s；FV組將多樂氟凝膠均勻涂于釉質(zhì)塊唇側(cè)開窗區(qū)，使呈薄層，氣槍吹干；FVL組以Er：YAG 激光（標準同L組）照射開窗區(qū)釉質(zhì)5 s，再以多樂氟凝膠均勻涂于釉質(zhì)塊唇側(cè)開窗區(qū)，使其呈薄層，氣槍吹干。各組處理完成后以去離子水沖洗2次，分別置于 37℃，50 mL人工唾液（MgCl2·6H2O、CaCl2·2H2O、K2HPO4·3H2O、K2CO3、NaCl、KCl）中再礦化7 d，每天更換唾液。

1.5 掃描電鏡觀察及能譜分析

將脫礦后與再礦化處理后的牙釉質(zhì)塊標本以超聲蕩洗30 min，流水沖洗5 min，自然干燥、脫水、噴金，掃描電鏡觀察牙釉質(zhì)塊表面孔隙及平滑情況，而后在釉質(zhì)塊表面隨機選取3個區(qū)域進行微區(qū)成分（C、O、P、Ca）測定，根據(jù)所選區(qū)域收集的能譜，求得該區(qū)域內(nèi)各成分的質(zhì)量百分比，取平均值。

1.6 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 19.0軟件對結(jié)果進行統(tǒng)計分析。定量資料采用±s描述，各組間Ca、P、Ca/P進行單因素方差分析，兩兩比較用SNK檢驗，P＜ 0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 牙釉質(zhì)表面形貌

掃描電鏡放大1 500倍，D組可見牙釉質(zhì)表面呈蜂窩狀改變，釉柱中心溶解（圖1A）；C組見牙釉質(zhì)表面球形微粒沉積于釉柱脫礦溶解的微孔表面。（圖1B）。L組見牙釉質(zhì)釉柱表面礦物質(zhì)沉積，釉柱間質(zhì)破壞，呈裂縫狀，部分區(qū)域有溶解消融現(xiàn)象（圖1C），F(xiàn)V組見牙釉質(zhì)表面呈不規(guī)則礦化，礦化表面凸凹不平，呈蝕刻狀（圖1D），F(xiàn)VL組見牙釉質(zhì)表面呈斑塊狀再礦化沉積物，部分無沉積物的表面可見釉柱間質(zhì)消融產(chǎn)生的裂縫（圖1E）。

2.2 能譜分析結(jié)果

各組的Ca、P質(zhì)量百分比及Ca/P存在統(tǒng)計學(xué)差異（F=67.868，P＜ 0.001）。使用SNK檢驗進行了多組間的兩兩比較，結(jié)果表明，再礦化后的L組、FV組和FVL組的Ca及P元素質(zhì)量百分比均較C組高，F(xiàn)VL組Ca及P元素的質(zhì)量百分比顯著高于其余各組，均有統(tǒng)計學(xué)差異（P＜ 0.05）。FVL組Ca/P較FV組、L組、C組高，結(jié)果有統(tǒng)計學(xué)差異（P＜ 0.05），但FV組、L組及C組的Ca/P兩兩比較均無統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05）。見表1。

圖1 掃描電鏡下5組牙釉質(zhì)表面形貌 ×1 500Fig.1 SEM observation of surface enamel of each group ×1 500

表1 各組釉質(zhì)表面元素質(zhì)量百分比和Ca/PTab.1 Percentages of Ca and P and Ca/P ratio in the enamel surfaces of the control and experimental groups

3 討論

氟化涂膜具有良好的防齲效果，其涂布在牙齒表面自然干燥后形成一層含氟薄膜，與釉質(zhì)表面作用生成氟化鈣樣物質(zhì)，當(dāng)口腔pH值降低時可作為氟離子的儲存庫釋放氟離子［4］，通過減少脫礦和增加唾液的礦物質(zhì)含量來預(yù)防齲齒［5-6］。

近幾十年來，激光與氟聯(lián)合應(yīng)用防齲一直是國內(nèi)外學(xué)者的研究熱點。研究［7-8］表明，激光可以促進釉質(zhì)表面微小的指狀突起形成，這種結(jié)構(gòu)可使進入釉質(zhì)表面溶解層的氟形成氟磷灰石，在局部形成氟庫。此外，激光引起的熱效應(yīng)可以明顯增強釉質(zhì)對氟的吸收，是促進氟化物吸收和增強釉質(zhì)抗酸性的主要原因［9］。

本研究采用掃描電鏡對脫礦后經(jīng)氟化涂膜及激光處理后進行再礦化的樣本進行觀察，各組釉質(zhì)表面形態(tài)均具有顯著的外貌特征。L組牙釉質(zhì)釉柱表面礦物質(zhì)沉積，釉柱間質(zhì)破壞，呈裂縫狀，部分區(qū)域有溶解消融現(xiàn)象。FVL組牙釉質(zhì)表面呈斑塊狀再礦化沉積物，但部分無沉積物的表面也可見釉柱間質(zhì)消融產(chǎn)生的裂縫，表明激光能量密度偏高，釉柱間有機物分解明顯。HSU等［10］研究表明，激光產(chǎn)生的熱量可導(dǎo)致釉質(zhì)有機物分解，并且使羥基磷灰石形成難降解的磷酸鈣或焦磷酸鈣。牙釉質(zhì)中的蛋白質(zhì)在350～400 ℃之間分解，而這種有機阻斷效應(yīng)可能會在300～400 ℃達到最大，在高于400 ℃時，由于有機物質(zhì)的完全分解而下降。研究中，因不同區(qū)域接受激光照射的能量略有不同，部分激光照射能量高的區(qū)域因有機物質(zhì)完全分解而呈裂縫狀，而激光照射能量略低的表面區(qū)域有機物分解后形成磷酸鈣或焦磷酸鈣。此外，激光與氟化物聯(lián)合應(yīng)用有助于氟化物在釉質(zhì)表面形成氟羥基磷灰石和氟化鈣，從而作為氟儲庫，抑制釉質(zhì)脫礦。其協(xié)同作用機制尚不清楚，有學(xué)者［11］提出2種機制，一方面是由于激光照射產(chǎn)生的熱量使釉質(zhì)對氟化物的通透性增強，另一方面是由于激光照射使釉質(zhì)表面形成一些微孔隙和微裂紋，這些結(jié)構(gòu)起到了固定氟的作用。

在釉質(zhì)的再礦化研究中常根據(jù)X線能譜量化表面鈣、磷的相對含量，無機成分的變化，碳酸鹽含量的變化，來評估再礦化結(jié)果［12］。本研究中L組、FV組、和FVL組再礦化后的Ca、P元素質(zhì)量百分比及Ca/P均較C組高，F(xiàn)VL組Ca、P元素的質(zhì)量百分比顯著高于各組。OHO等［11］認為激光可降低牙釉質(zhì)的碳酸鹽、水份和有機質(zhì)的含量，使蛋白凝固，降低牙釉質(zhì)的溶解性，并可導(dǎo)致牙釉質(zhì)產(chǎn)生微孔樣結(jié)構(gòu)，增加釉質(zhì)對鈣、磷、氟的吸收，使齲病形成過程中產(chǎn)生的鈣、磷、氟再礦化。在Er：YAG激光照射后O和P均明顯增加，可能與牙釉質(zhì)加熱有關(guān)的焦磷酸鹽含量的增加有關(guān)［13］。牙釉質(zhì)的擴散通路是由有機基質(zhì)控制的，其占據(jù)棱柱間和棱柱內(nèi)的空間，在酸的侵蝕下，牙釉質(zhì)中的有機基質(zhì)可以延遲牙齒的脫礦。SATO［14］認為，牙齒受熱所產(chǎn)生的有機物質(zhì)的熔化和膨脹，可能會阻斷擴散通路，降低Ca的損失。

Er：YAG激光在氟化涂膜在早期釉質(zhì)齲的再礦化中起到協(xié)同作用，為激光在臨床上的應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)，但具體協(xié)同作用機制還待進一步研究。