980 nm二極管激光治療牙本質(zhì)敏感的體外研究

黃 帆,孟雨晨,王思霖,裴丹丹,逯 宜*

(1陜西省顱頜面精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安 710004;2西安交通大學(xué)口腔醫(yī)院口腔修復(fù)科;*通訊作者,E-mail:luyi1962@163.com)

牙本質(zhì)敏感(dentin hypersensitivity,DH)是一種常見的口腔疾病,表現(xiàn)為暴露的牙本質(zhì)在受到外界刺激時(shí)出現(xiàn)的短暫、尖銳的疼痛癥狀[1]。在牙本質(zhì)敏感的發(fā)生機(jī)制中,最為廣泛接受的是流體動(dòng)力學(xué)說,即在外界溫度、機(jī)械或化學(xué)刺激作用下,牙本質(zhì)小管中液體加速流動(dòng),從而刺激神經(jīng)纖維興奮,引起疼痛。基于這一理論,臨床上常使用脫敏藥物來封閉牙本質(zhì)小管和/或降低神經(jīng)興奮性,從而緩解牙本質(zhì)敏感。近年來,激光作為一種新型的牙本質(zhì)敏感治療方式備受關(guān)注。研究表明,在脫敏遠(yuǎn)期效果上激光相對(duì)于藥物更具優(yōu)勢(shì)[2,3]。臨床中常采用Nd家族激光,Er家族激光和半導(dǎo)體激光等進(jìn)行牙本質(zhì)敏感治療。因其波長處于不同范圍,其脫敏的作用機(jī)制也不盡相同[4]。980 nm激光屬于半導(dǎo)體激光,既能夠通過神經(jīng)作用,也能通過光熱效應(yīng)封閉牙本質(zhì)小管達(dá)到脫敏效果[5]。在脫敏治療過程中,激光會(huì)產(chǎn)生較高能量,除作用于牙本質(zhì)表面外,多余的能量會(huì)傳導(dǎo)至髓腔使髓腔內(nèi)溫度升高,引起牙髓壞死變性[6]。本研究使用980 nm二極管激光,制備3種不同厚度的牙本質(zhì)片,通過觀察激光照射后牙本質(zhì)表面形態(tài)并測量照射過程中的溫度變化,評(píng)估該激光用于牙本質(zhì)敏感治療的安全性和有效性。

1 材料和方法

1.1 主要材料和儀器

Fona二極管激光(廣州豐諾牙科設(shè)備有限公司),熱電偶溫度計(jì)(TM-946,臺(tái)灣路昌電子企業(yè)股份有限公司),溫度記錄軟件(LUTRON801,臺(tái)灣路昌電子企業(yè)股份有限公司),慢速鋸(Isomet LS,美國Buehler公司),超聲波清洗機(jī)(型號(hào)KQ-400KDB,中國昆山超聲儀器公司),掃描電子顯微鏡(Flex SEM 1000,日本日立公司),1%檸檬酸(沈陽昌德隆化工原料有限公司)。

1.2 牙本質(zhì)敏感模型的制備

收集48顆因阻生拔除的完整無齲壞的第三磨牙(來源于西安交通大學(xué)口腔醫(yī)院頜面外科),使用慢速鋸垂直于牙體長軸方向切割,去除面全部的牙釉質(zhì),暴露牙本質(zhì),每顆磨牙制備一個(gè)牙本質(zhì)片樣本,分別制備厚度為1,2,3 mm的牙本質(zhì)片各16片。使用600目砂紙拋光,1%檸檬酸酸蝕20 s,去離子水中超聲蕩洗10 min。

1.3 實(shí)驗(yàn)分組與激光脫敏處理

根據(jù)牙本質(zhì)片的不同厚度分為3組:G1(1 mm),G2(2 mm),G3(3 mm)。每組根據(jù)激光照射功率隨機(jī)分為4個(gè)亞組(n=4):空白對(duì)照組(無激光處理);0.5 W組(功率0.5 W,照射時(shí)間30 s);1 W組(功率1 W,照射時(shí)間30 s);1.5 W組(功率1.5 W,照射時(shí)間30 s)。激光參數(shù)設(shè)置:波長980 nm,CW模式,光纖直徑300 μm,光纖尖端垂直放置于距離牙本質(zhì)片表面1 mm處,定點(diǎn)照射。

1.4 牙本質(zhì)表面掃描電子顯微鏡觀察

激光照射后,將樣本置于干燥器內(nèi)干燥24 h,表面噴金,掃描電子顯微鏡(1 000,2 000,5 000倍)觀察脫敏處理區(qū)域牙本質(zhì)表面的形態(tài)變化。

1.5 激光照射中溫度變化的測量

對(duì)熱電偶溫度計(jì)進(jìn)行矯正,使用沸水標(biāo)定100 ℃,冰水混合物標(biāo)定0 ℃。將牙本質(zhì)片置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上,激光光纖頭垂直固定于牙本質(zhì)片上方1 mm處,將熱電偶測溫儀測溫探頭固定于牙本質(zhì)片對(duì)側(cè)與激光光纖同等位置處(見圖1)。待溫度穩(wěn)定后測定室溫下樣本的初始溫度T0,按照實(shí)驗(yàn)分組進(jìn)行激光照射,記錄照射過程中的最高溫度Tm,并使用溫度記錄軟件記錄實(shí)時(shí)溫度曲線。溫度變化ΔT的計(jì)算公式為ΔT=Tm-T0。對(duì)各組的溫度變化值ΔT進(jìn)行雙因素方差分析,組間比較采用LSD檢驗(yàn),P<0.05表示差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

激光垂直照射牙本質(zhì)表面,熱電偶溫度計(jì)測量牙本質(zhì)片對(duì)側(cè)溫度圖1 牙本質(zhì)片溫度變化測試模式圖Figure 1 The schematic diagram of temperature test of the dentin discs

2 結(jié)果

2.1 牙本質(zhì)表面掃描電子顯微鏡觀察

經(jīng)檸檬酸處理后，對(duì)照組可見牙本質(zhì)表面平整，玷污層消失，牙本質(zhì)小管口敞開呈圓形或類圓形，邊界清晰(見圖2)，表明成功建立牙本質(zhì)敏感模型。0.5 W組1 000倍視野下可見大部分牙本質(zhì)小管仍呈開放狀態(tài)，2 000倍、5 000倍下可見小管直徑較對(duì)照組減小，小管口由四周向中心縮窄，但未完全封閉(見圖2)。1 W組中牙本質(zhì)小管直徑進(jìn)一步減小，部分區(qū)域已出現(xiàn)牙本質(zhì)小管完全封閉，照射區(qū)域小管輪廓隱約可見或消失(圖2)。1.5 W組牙本質(zhì)小管封閉面積明顯增大，牙本質(zhì)表面光滑均勻，可見熔融狀堵塞物(見圖2)。

圖2 激光照射后各組牙本質(zhì)表面形態(tài)的電鏡觀察Figure 2 Observation of dentin surfaces after laser treatment under SEM

2.2 激光照射中溫度測量結(jié)果

激光照射中溫度升高ΔT結(jié)果見圖3。功率一定時(shí)，1 mm組溫度升高幅度高于2 mm與3 mm組，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)；2 mm組與3 mm組之間溫度升高幅度差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。在同一厚度下，激光功率越高，溫度升高ΔT越大，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。除1 mm組中1 W與1.5 W溫度升高超過5.5 ℃外，其余各組溫度升高均在安全范圍內(nèi)。激光照射過程中的溫度變化曲線見圖4。在整個(gè)照射過程中溫度持續(xù)升高，照射完成之時(shí)達(dá)到峰值溫度，照射結(jié)束后溫度緩慢下降。

同厚度與0.5 W組比較，*P<0.05;與1 W組比較，#P<0.05；同功率與1 mm組比較，△P<0.05圖3 不同牙本質(zhì)厚度、不同功率激光照射下溫度升高值Figure 3 Changes of temperature under different dentin thickness and different power laser irradiation

圖4 不同牙本質(zhì)厚度、不同功率激光照射下溫度變化曲線Figure 4 Temperature change curve under different dentin thickness and different power laser irradiation

3 討論

1985年Matsumoto等首次將激光應(yīng)用于牙本質(zhì)敏感的治療,自此之后,學(xué)者們便不斷努力,通過改變激光的參數(shù)和種類,以獲得更好的臨床效果[7]。

目前臨床上常用的激光有Nd家族激光、Er家族激光和半導(dǎo)體激光。因其波長處于不同范圍,其脫敏的作用機(jī)制也不相同[4]。Nd激光以光熱效應(yīng)為主,波長為1 064-1 341 nm,易被羥基磷灰石吸收,瞬時(shí)的高能量作用于敏感部位,使牙本質(zhì)表面熔融結(jié)晶封閉暴露的牙本質(zhì)小管。Er激光波長為2 780-2 940 nm,位于水和羥基磷灰石的吸收峰,激光能量被水和羥基磷灰石同時(shí)吸收,產(chǎn)生微爆破效應(yīng),切割牙體組織產(chǎn)生碎屑,堵塞牙本質(zhì)小管。半導(dǎo)體激光波長范圍為660-980 nm,其脫敏機(jī)制主要是通過改變神經(jīng)纖維膜對(duì)Na+、K+的通透性,減少動(dòng)作電位的產(chǎn)生,進(jìn)而降低神經(jīng)興奮性[5]。980 nm激光屬于一種半導(dǎo)體激光,能夠產(chǎn)生神經(jīng)作用,又因其波長接近Nd激光,而具有光熱效應(yīng)。同時(shí),與Nd激光和Er激光相比,980 nm二極管激光輕便小巧、價(jià)格較低,更有利于在各級(jí)醫(yī)療機(jī)構(gòu)中推廣使用。

研究表明,敏感牙本質(zhì)單位面積中暴露的牙本質(zhì)小管數(shù)量是正常牙本質(zhì)的8倍,敏感牙本質(zhì)小管直徑是正常牙本質(zhì)小管的2倍[1]。牙本質(zhì)小管的開放狀態(tài)對(duì)于判斷牙本質(zhì)敏感的程度具有重要意義。Umana等[8]發(fā)現(xiàn)980 nm激光在1.6-2 W功率下照射10 s可以使牙本質(zhì)小管管徑減小或完全封閉,且封閉效果優(yōu)于810 nm激光。高杰等[9]研究發(fā)現(xiàn),980 nm激光以2 W功率照射5 s即可以使牙本質(zhì)小管均勻封閉。體外實(shí)驗(yàn)研究表明較高的激光功率(2 W)可以達(dá)到良好的牙本質(zhì)小管封閉效果,但在激光治療牙本質(zhì)敏感的臨床研究中更推薦較為安全的功率(0.4-1 W)[10,11]。本研究選取功率0.5-1.5 W,通過延長照射時(shí)間以期獲得較好的脫敏效果,更接近臨床情況。在本實(shí)驗(yàn)中,使用二極管激光,照射時(shí)間固定為30 s,模式為持續(xù)波模式,將激光的光纖探頭垂直固定于牙本質(zhì)上方1 mm。隨著照射功率的增加,激光輸出的能量密度增加,單位面積的牙本質(zhì)吸收了更多的能量,牙本質(zhì)小管封閉效果也隨之增強(qiáng),功率為0.5 W時(shí)僅表現(xiàn)為牙本質(zhì)小管管徑的減小,功率為1 W和1.5 W時(shí)展現(xiàn)了較為理想的牙本質(zhì)小管封閉效果。除通過直接觀察牙本質(zhì)小管的形態(tài)來評(píng)估激光脫敏的效果,牙本質(zhì)滲透率(dentin permeability)也可以反映激光處理后牙本質(zhì)小管的封閉程度。Rizzante等[12]研究發(fā)現(xiàn)使用980 nm激光在0.5 W、0.7 W、1 W功率下照射30 s均可引起牙本質(zhì)滲透率的降低,且隨著激光功率的提升,滲透率降低的程度也更加顯著。

在治療牙本質(zhì)敏感的過程中,激光的熱效應(yīng)也會(huì)同時(shí)引起髓腔溫度的升高。Zach等[6]認(rèn)為溫度升高超過5.5 ℃將會(huì)引起牙髓組織的不可逆壞死,因此激光脫敏過程中防止牙髓腔內(nèi)的溫度過高對(duì)治療的安全性至關(guān)重要。5.5 ℃也是目前最為廣泛認(rèn)可的髓腔溫度升高的安全界限。已有研究證實(shí),應(yīng)用Er激光與Nd激光時(shí)髓腔溫度升高并未超過安全界限[13,14]。980 nm激光作為一種新型半導(dǎo)體激光,逐步應(yīng)用于口腔治療的各個(gè)方面。Yassaei等[15]在使用980 nm激光去除正畸托槽的研究中,將功率設(shè)置為2,2.5,3 W,照射10 s,發(fā)現(xiàn)髓腔溫度升高并未超過5.5 ℃。Al-Karadaghi等[16]使用980 nm激光照射激活涂布于離體牙表面的漂白劑,過程中并未出現(xiàn)髓腔溫度的異常升高。盡管多數(shù)實(shí)驗(yàn)表明980 nm激光在應(yīng)用過程中均表現(xiàn)出一定程度的牙髓安全性,但其用于牙本質(zhì)敏感治療時(shí)是否會(huì)對(duì)牙髓產(chǎn)生影響,仍然有待研究。在髓腔溫度測試中,剩余牙本質(zhì)厚度(remaining dentin thickness,RDT)對(duì)溫度升高的影響不容忽視,剩余牙本質(zhì)厚度越小,表明該區(qū)域牙本質(zhì)距髓腔越近[17]。同時(shí)隨著牙本質(zhì)與髓腔間的距離減小,深部牙本質(zhì)小管的開放程度逐漸提高,對(duì)外界溫度變化更敏感,在激光照射時(shí)易發(fā)生牙髓的變性壞死[18,19]。不同區(qū)域的剩余牙本質(zhì)厚度并不均勻,測量所得到的牙本質(zhì)厚度與實(shí)際牙本質(zhì)厚度存在一定的差異,而不同牙本質(zhì)厚度會(huì)使實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大的偏倚。本研究中采用牙本質(zhì)片作為測試對(duì)象,與離體牙髓腔模型相比,在研究激光照射對(duì)于溫度升高的影響時(shí)可以更加精準(zhǔn)地控制牙本質(zhì)厚度。本實(shí)驗(yàn)中,2 mm與3 mm組之間溫度升高無顯著性差異,1 mm組溫度相對(duì)于其他兩組有顯著升高,且1 mm組功率為1 W和1.5 W時(shí)溫度升高超出5.5 ℃的安全閾值。提示在進(jìn)行激光脫敏治療時(shí),可以先通過臨床或影像學(xué)檢查評(píng)估剩余牙本質(zhì)厚度,對(duì)于近髓腔部位牙本質(zhì)脫敏時(shí)應(yīng)當(dāng)選擇較低的激光參數(shù)避免損傷牙髓。