低水平激光用于加速正畸牙齒移動的研究進(jìn)展

戴佳韻，王姝婧，林君彥，田 鈺，潘永初,3，李丹丹,3

口腔正畸治療可以改善由牙列不齊、上下牙弓咬合關(guān)系異常等錯(cuò)牙合畸形造成的口腔功能及面部美觀問題，提升患者的自尊感和自我認(rèn)可度[1]。但通常正畸治療時(shí)間為2～3年，較長的治療時(shí)間除了為患者帶來生活上的不便，還會增加齲齒、牙槽骨吸收、牙根吸收、牙周病等不良反應(yīng)發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)[2-3]。因此，隨著社會的發(fā)展和人們對生活質(zhì)量要求的提高，縮短正畸療程已成為醫(yī)生和患者共同的訴求。如何加快正畸牙齒移動以有效縮短正畸治療時(shí)間，已經(jīng)成為口腔正畸學(xué)研究的熱點(diǎn)。目前，已經(jīng)有多種加速牙齒運(yùn)動的方法用于臨床，包括機(jī)械振動[4]、骨皮質(zhì)切開術(shù)[5]、脈沖電磁場[6]等機(jī)械和物理方法。

1960年，美國物理學(xué)家梅曼成功研制出第一臺醫(yī)用紅寶石激光器(波長為694.3 nm)[7]，并成功應(yīng)用于視網(wǎng)膜脫落的光凝治療。激光科學(xué)迅速發(fā)展，1990年Myers推出了第一臺專為口腔激光治療設(shè)計(jì)的激光器[8]。激光治療以工作功率500 mW為界，激光工作時(shí)功率超過500 mW稱為高強(qiáng)度激光治療(high-level laser therapy)，低于500 mW則稱低強(qiáng)度激光治療(low-level laser therapy, LLLT)[9]。高強(qiáng)度激光治療具有良好的切割能力，常用于快速有效地處理與正畸治療相關(guān)的軟組織并發(fā)癥，具有減少術(shù)后疼痛、感染、水腫、瘢痕和縮短手術(shù)時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，還可作為“光刀”替代纖維切開術(shù)中的傳統(tǒng)手術(shù)刀，以減少正畸后的復(fù)發(fā)[10]。LLLT具有一系列的生物刺激作用，可刺激巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞等細(xì)胞增殖，釋放生長因子或其他細(xì)胞因子，刺激膠原蛋白合成等，但不會引起細(xì)胞和組織局部溫度明顯升高、導(dǎo)致不可逆的損傷。近年來大量基礎(chǔ)和臨床研究證實(shí)LLLT可以促進(jìn)牙周膜重組和牙槽骨改建，從而加速正畸牙移動[11-14]。本文將近年來國內(nèi)外學(xué)者對LLLT加速正畸牙移動的相關(guān)臨床及基礎(chǔ)研究作一綜述。

1 LLLT用于加速正畸牙齒移動的臨床效果研究

應(yīng)用于正畸治療中常用的激光類型包括：摻釹釔鋁石榴石激光(Nd:YAG激光，波長1 064 nm)、摻鉺釔鋁石榴石激光(Er:YAG激光，波長2 940 nm)、二氧化碳激光(CO2激光，波長10 600 nm)、二極管激光(波長800～980 nm)等[15]。

AlSayed Hasan等[16]在正畸治療的第0、3、7、14天對患者每顆上頜切牙用Ga-Al-As半導(dǎo)體激光(830 nm，150 mW)照射1 min，從第2個(gè)月到上頜牙弓整平和對齊階段完成，每15 d激光照射1次后，發(fā)現(xiàn)LLLT加速了正畸牙齒的移動，并將實(shí)現(xiàn)上頜牙弓排齊整平的時(shí)間縮短26%。Cruz等[12]對11例患者進(jìn)行了為期2個(gè)月的LLLT臨床研究，以評估牙齒移動的速度。結(jié)果表明，激光治療組尖牙遠(yuǎn)中移動的速度明顯更快。另外多項(xiàng)研究顯示出與此相似的結(jié)果[16-20]。

采用大鼠模型研究LLLT加速牙齒移動情況，也顯示LLLT可以加速牙齒運(yùn)動[21-22]。Nd:YAG激光照射Wistar大鼠的第一磨牙在第一周內(nèi)的牙齒運(yùn)動量顯著大于未照射組，而一周后繼續(xù)進(jìn)行激光照射，牙齒移動的速度并沒有明顯變化[23]。Tsuka等[24]發(fā)現(xiàn)，Er:YAG激光照射后的第3周和第4周末，牙齒移動量明顯大于對照組。

針對不同的激光種類，臨床醫(yī)生在應(yīng)用激光時(shí)所設(shè)置的規(guī)格與參數(shù)各不相同。為了找尋每一種激光應(yīng)用時(shí)最適宜的參數(shù)，有許多學(xué)者進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，激光產(chǎn)生的生物刺激作用是參數(shù)依賴性的，如波長、功率、照射時(shí)間、照射總能量(功率與照射時(shí)間的乘積)、脈沖頻率、脈沖寬度、峰值功率等[25]。

不同波長的激光對牙齒移動的加速效果可能存在一定的差異。Baser Keklikci等[26]比較了不同波長的二極管激光對大鼠上頜第一前磨牙移動的影響。發(fā)現(xiàn)波長405 nm、532 nm、650 nm、940 nm的二極管激光均能加速正畸牙的移動，且波長為650 nm的LLLT移動最顯著。Yang等[27]對660 nm和830 nm波長的激光進(jìn)行比較，結(jié)果顯示660 nm和830 nm兩種波長均可加速牙齒移動，在14 d時(shí)兩組牙齒移動距離的差異沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但在早期階段660 nm的LLLT作用比830 nm更強(qiáng)。

LLLT功率對牙齒移動效果有較為明顯的影響。Milligan等[28]對波長為810 nm的Ga-Al-As半導(dǎo)體激光以500 mW和1 000 mW兩種功率進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)500 mW功率的激光可以實(shí)現(xiàn)加速正畸牙齒移動，但1 000 mW功率的激光照射后實(shí)驗(yàn)組牙齒移動與對照組無明顯差異。這一結(jié)果提示，牙齒移動速度的增加并不與激光照射的功率大小呈正相關(guān)。更大的激光光照功率并不能使牙齒移動的速度增加更多，甚至功率過大還可能對口腔組織產(chǎn)生潛在威脅。

LLLT的強(qiáng)度(即單位面積目標(biāo)組織接收到的激光能量，以J/cm2為單位)也是影響正畸牙齒移動速率的重要因素。姜委杰等[29]發(fā)現(xiàn)波長為650 nm的半導(dǎo)體激光，照射能量密度為15.92 J/cm2時(shí)可以顯著加速正畸牙齒移動，而能量密度為31.85 J/cm2時(shí)并未實(shí)現(xiàn)加速正畸牙齒移動，Elkattan等[30]也對半導(dǎo)體激光的能量密度、總能量僅這兩種參數(shù)不同設(shè)置的正畸牙齒移動效果進(jìn)行了比較研究，結(jié)果證明與高劑量組(每顆牙齒10 J和能量密度5 000 J/cm2)和對照組相比，低劑量組(每顆牙齒5 J和2 500 J/cm2)牙齒移動率更高，但與對照組相比更易復(fù)發(fā)。這一結(jié)果提示了，LLLT的光生物刺激作用也取決于合適的照射能量，過高的能量密度并不能加速牙齒移動。

時(shí)間的累計(jì)可能增強(qiáng)LLLT的加速牙移動效果。Karabel等[13]通過大鼠實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，連續(xù)7 d使用980 nm二極管激光對上頜切牙牙槽區(qū)照射9 min時(shí)(總能量54 J)，正畸牙齒移動量比照射12 min時(shí)多(總能量72 J)。同時(shí)，LLLT的生物刺激可能還具有積累作用，即累計(jì)照射相同劑量，分一次或多次照射最終所引起的生物效應(yīng)相當(dāng)[25]。

另外，有研究比較發(fā)現(xiàn)，在6周齡大鼠第一磨牙施用二極管激光(830 nm，180 mW，Ga-Al-As激光)分別施用連續(xù)波或脈沖波，兩者均有加速正畸牙齒移動的效果，且無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異[22]。

然而，激光的種類與儀器眾多，各類激光設(shè)置參數(shù)的不同對正畸牙齒移動的影響尚不能完全明確。也有一些研究結(jié)果顯示LLLT不具有加速正畸牙齒移動的效果。Limpanichkul等[31]采用隨機(jī)對照試驗(yàn)設(shè)計(jì)，使用860 nm Ga-Al-As半導(dǎo)體激光(100 mW，能量密度25 J/cm2)對上頜尖牙在開始關(guān)閉拔牙間隙時(shí)以及第1、2、3個(gè)月末分別進(jìn)行連續(xù)3 d照射，照射組與對照組的牙齒移動速度在3個(gè)月內(nèi)均無明顯差異。Mistry等[32]的研究結(jié)果也表明，每隔4周對移動牙齒局部使用LLLT并未實(shí)現(xiàn)牙齒更快移動。使用功率為2 W的CO2激光照射60 s，激光組與對照組之間的牙齒移動量無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[33]。由前文提及的參數(shù)設(shè)置可以推斷，一些實(shí)驗(yàn)研究中加速牙齒移動效果未能實(shí)現(xiàn)，可能與激光應(yīng)用時(shí)的參數(shù)設(shè)置有關(guān)。

總的來說，大多數(shù)研究結(jié)果都支持LLLT能加速正畸牙移動這一論點(diǎn)。盡管不同波長的激光加速牙齒移動的效應(yīng)有所差異，但并非絕對。LLLT具有小劑量刺激，大劑量抑制的特點(diǎn)(劑量指能量密度，即傳遞到單位面積目標(biāo)組織的激光能量，以J/cm2為單位)，因此選擇合適的照射劑量尤為重要。同時(shí)，LLLT的生物刺激可能還具有積累作用，即累計(jì)照射相同劑量，分一次或多次照射最終所引起的生物效應(yīng)相當(dāng)[25]。

2 LLLT用于加速正畸牙齒移動的機(jī)制研究

正畸牙齒移動速度的主要決定因素是牙周組織受力后繼發(fā)牙槽骨改建，即牽張側(cè)牙槽骨新生和壓力側(cè)牙槽骨吸收這一過程[34]。同時(shí)受到局部和全身因素影響，如營養(yǎng)、年齡、藥物使用[35]，以及牙周組織中各種細(xì)胞因子表達(dá)情況，如白介素1β(IL-1β)和前列腺素(PGE2)[36-37]。LLLT是通過光生物調(diào)節(jié)作用，對牙齒周圍的骨組織改建產(chǎn)生作用。以往的研究表明，LLLT可能影響正畸牙周圍的骨細(xì)胞數(shù)、調(diào)節(jié)局部膠原蛋白、細(xì)胞因子、炎癥因子等的表達(dá)情況，但具體機(jī)制并不明確。

2.1 調(diào)節(jié)骨細(xì)胞代謝

LLLT可刺激正畸牙周圍成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞數(shù)量的增加。Ninomiya等[38]、Nicola等[39]開展的研究表明，激光可以促進(jìn)大鼠破骨細(xì)胞和成骨細(xì)胞的分化。Altan等[40]發(fā)現(xiàn)820 nm二極管激光照射上頜切牙牙根部黏膜后，可使大鼠上頜骨中成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞數(shù)量顯著增加。Tsuka等[23-24]分別使用Nd:YAG激光和Er:YAG激光對大鼠的上頜磨牙牙齦進(jìn)行總能量為54 J的激光治療，結(jié)果均發(fā)現(xiàn)在激光照射組受壓側(cè)破骨細(xì)胞數(shù)量明顯高于對照組。Yoshida等[41]通過CT觀察，發(fā)現(xiàn)LLLT可使?fàn)繌垈?cè)破骨細(xì)胞減少，成骨細(xì)胞增多；并在第14天觀察到新的骨小梁形成，牙槽骨密度也顯著高于非照射組。這些結(jié)果都表明，LLLT可以促進(jìn)牙齒移動過程中的骨代謝，從而加速牙槽骨的改建。

在骨的形成過程中，轉(zhuǎn)化生長因子-β1(TGF-β1)、骨堿性磷酸酶(BALP)、骨鈣素(OSC)等都發(fā)揮著重要的作用。Narmada等[42]發(fā)現(xiàn)TGF-β1、OSC的表達(dá)在受壓側(cè)無顯著差異，而在牽張側(cè)則顯著增多，而BALP在受壓側(cè)和牽張側(cè)表達(dá)均顯著增加。Hsu等[43]比較發(fā)現(xiàn)LLLT組受壓側(cè)和牽張側(cè)OSC表達(dá)水平均比對照側(cè)更明顯，提示激光治療后骨形成水平增加。Huang等[14]發(fā)現(xiàn)人牙周膜細(xì)胞的OSC表達(dá)在照射后第7天時(shí)顯著升高，證實(shí)LLLT可以提高牙周膜中成骨細(xì)胞的活性。

細(xì)胞核因子κB受體活化因子(receptor activator of nuclear factor kappa B, RANK)、細(xì)胞核因子κB受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor kappa B ligands, RANKL)以及骨保護(hù)素(osteoprotegerin, OPG)在破骨細(xì)胞的分化中發(fā)揮重要的作用。OPG與RANKL可競爭性結(jié)合RANK來抑制骨吸收，對破骨細(xì)胞中的RANK激活分別產(chǎn)生正向或反向調(diào)控[44]。許多研究提示激光可以調(diào)控RANKL-RANK-OPG骨調(diào)節(jié)軸的表達(dá)。Fujita等[45]發(fā)現(xiàn)大鼠破骨前體細(xì)胞進(jìn)行激光照射后，RANK的表達(dá)量增加程度與激光總能量呈正相關(guān)。并且，相較于非照射和LED照射，半導(dǎo)體激光照射后RANK和RANKL的表達(dá)更早且更多，多核破骨細(xì)胞數(shù)目顯著增加，牙齒移動速率快，這與Shirazi等[46]、Tsuka[23-24]、Yang等[27]的研究結(jié)果均相符。同時(shí)，LLLT還可刺激RANK/RANKL/OPG信號通路表達(dá)量升高及破骨細(xì)胞分化水平的改變[47]。

破骨細(xì)胞受到許多酶等生物因子的調(diào)控，如基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)-9，組織蛋白酶K和α(v)β(3)整合素等。Yamaguchi等[44]發(fā)現(xiàn)激光照射后第7天照射組大鼠牙槽骨中的MMP-9、組織蛋白酶K、α(v)β3整合素分別是對照組的1.8、1.6、1.4倍，牙齒移動量是對照組的1.3倍。Jivrajani 等[48]發(fā)現(xiàn)照射組患者齦溝液中MMP-9濃度升高僅出現(xiàn)在牙齒移動的初始階段。

2.2 促進(jìn)血管增生

LLLT還可以促進(jìn)血管的增生，從而促進(jìn)牙周組織的改建。正畸牙齒移動地過程中，受壓側(cè)牙周發(fā)生暫時(shí)性缺血，形成透明樣變。新血管的形成有助于透明小體的清除以及骨改建的激活。血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)被認(rèn)為是促進(jìn)血管生成的關(guān)鍵因子。Hsu等[43]研究發(fā)現(xiàn)，受壓側(cè)和牽張側(cè)的VEGF表達(dá)在經(jīng)LLLT處理后第一天均呈高水平而后逐漸降低，呈現(xiàn)早期誘導(dǎo)模式。同時(shí)，通過甲苯胺藍(lán)染色發(fā)現(xiàn)牙周膜內(nèi)LLLT處理后毛細(xì)血管的形成與新骨的沉積也有所增加。Altan等[40]也發(fā)現(xiàn)經(jīng)LLLT處理后成纖維細(xì)胞和毛細(xì)血管的數(shù)量均顯著增加。

2.3 調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)

正畸治療過程中施加機(jī)械力對細(xì)胞造成壓力，因而正畸牙齒移動過程中伴發(fā)類炎癥反應(yīng)，局部組織內(nèi)可合成和釋放多種炎癥因子。如白細(xì)胞介素6(IL-6)在牙周組織中，可以刺激破骨細(xì)胞形成，提高破骨細(xì)胞的骨吸收活性。而IL-8則負(fù)責(zé)刺激受壓側(cè)破骨細(xì)胞的分化。IL-1、TNF-α等炎性細(xì)胞因子可以通過上調(diào)RANKL來刺激骨吸收[49]。Fernandes等[50]發(fā)現(xiàn)激光照射后人齦溝液中IL-6和IL-8的表達(dá)量增加。Isola等[51]、üretürk等[20]還發(fā)現(xiàn)經(jīng)激光照射后人齦溝液中IL-1β的表達(dá)量增加，這與Yang等[27]在大鼠中的發(fā)現(xiàn)一致。眾多研究發(fā)現(xiàn)，LLLT可以通過調(diào)節(jié)這些因子，介導(dǎo)牙周組織的炎癥，來促進(jìn)正畸牙齒的加速移動。

2.4 促進(jìn)膠原蛋白表達(dá)

在正畸牙齒移動過程中牙周膜為細(xì)胞反應(yīng)和組織重建提供微環(huán)境。膠原纖維是牙周膜中的主要纖維結(jié)締組織，其中又以Ⅰ型膠原較多，它可以將牙齒與牙槽骨相連，從而保持牙齒位置改變后的穩(wěn)定性[52]。Kim等[11]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)Ga-Al-As半導(dǎo)體激光(96 mW，4.98 J/cm2)連續(xù)照射7 d后，實(shí)驗(yàn)組大鼠牙周膜中的纖連蛋白和Ⅰ型膠原蛋白的表達(dá)增加，且分布均勻。此外，Zaniboni等[53]在探究As-Ga-Al激光與電流刺激是否能加速骨皮質(zhì)切開大鼠的牙齒移動時(shí)，發(fā)現(xiàn)兩者單獨(dú)使用或聯(lián)合使用均可對Ⅰ型膠原的表達(dá)起有利的調(diào)節(jié)作用。

3 展 望

在正畸治療過程中，使用LLLT加速牙齒的移動速度，需要選擇適宜的類型并設(shè)定相應(yīng)的參數(shù)。目前所開展的各研究之間參數(shù)變量、設(shè)備參數(shù)、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)均有所不同，很難在研究之間控制變量進(jìn)行比較分析。同時(shí)，大多數(shù)研究為體外動物研究實(shí)驗(yàn),如需大范圍推廣LLLT在正畸臨床中的應(yīng)用，仍需開展更多臨床研究試驗(yàn),探索激光功率、強(qiáng)度、照射頻率、總能量、照射時(shí)長等的最適參數(shù)，以明確最佳治療參數(shù)方案。此外，我們也需要格外注意，過大劑量的激光照射對口腔組織的潛在威脅，如牙齦上皮異常增生、過角化和組織消融現(xiàn)象等[28]。

LLLT加速正畸牙齒移動的機(jī)制目前尚不明確[54]。目前主要是對激光照射后，牙齒周圍的骨細(xì)胞數(shù)量、細(xì)胞因子等的觀察性研究，尚缺乏系統(tǒng)的機(jī)制研究。已有的結(jié)果表明，LLLT不僅直接刺激牙槽骨成骨細(xì)胞和破骨細(xì)胞的分化和牙周組織的改建，還可能使局部血液循環(huán)發(fā)生改變，從而調(diào)控炎癥因子的表達(dá)。此外，也可能是LLLT使牙周膜中某些趨化因子或細(xì)胞因子出現(xiàn)變化，進(jìn)而間接促進(jìn)了骨代謝和牙槽骨改建。綜上，LLLT促進(jìn)正畸牙齒移動的機(jī)制仍需進(jìn)一步的研究。