牙周疾病的抗微生物光动力疗法*

王冬青 王新林 孙 正

新技术的发展推动了牙周疾病治疗新方法的开发。寻找更好的牙周疾病治疗方法是牙周专业研究人员和临床医师的长期目标。一种新型的无创光化学控制感染的方法，也就是光动力疗法(photodynamic therapy， PDT)，在口腔领域受到人们越来越多的关注[1-3]。尽管最早是用于抗癌治疗[4]，在过去10 余年中发表了较多关于光动力疗法在牙周疾病的应用的研究。这些研究指出通过光动力疗法，使用无毒的化学剂(光敏剂)与低能量的光能可以有效清除牙周致病菌。光动力疗法被认为是清除牙周病及种植体周围疾病的病原菌的大有前景的新的治疗手段。本篇综述主要介绍光动力疗法用于牙周非手术治疗的基础实验和临床应用的数据。

牙周疾病是菌斑生物膜感染引发的牙齿周围支持组织的慢性炎性反应的结果[5]。牙周治疗的主要目的就是清除菌斑生物膜及对牙周致病菌的控制。目前通常使用机械性方法，包括超声和手用龈下刮治和根面平整，可以获得显著临床改善。但是牙周病变存在一些器械不易到达的感染部位，如某些重度牙周炎患者的深牙周袋、窄而深的骨下袋以及后牙根分叉区病变等。由于器械难以到达感染的最深处，不能彻底清除患处的菌斑微生物，因此不能有效控制炎症和牙槽骨的吸收。为了进一步降低细菌的数量，常牙周袋内局部应用抗菌药物；有些情况下也会口服抗生素作为辅助治疗。虽然局部或全身应用抗菌药物已被接受可以结合牙周机械治疗使用，但是抗菌药物的使用有两个主要的问题有待解决。一是在牙周袋内有效浓度的持续时间难以保证；二是耐药性。因此，人们期待并发症少的新的抗菌方法以替代传统的化学方法。

从20 世纪90 年代初，光能被认为是一种新的牙周治疗手段。关于高能量激光在牙周非手术治疗的应用，我们之前已做详细论述[6]。高能量激光使用不当会对牙根、牙髓及牙周组织造成损害，如过度切割、热变性、炭化或坏死。最近，一种新型的低能量光能的非侵袭性光学细菌清除方法——光动力疗法，日益受到关注[7-8]。与高能量激光相比，光动力疗法可以在不损害组织的同时选择性消除细菌[9，10]。

1. 抗微生物光动力疗法

光动力疗法早在1900 年被偶然发现吖啶作为光敏剂，光照下可杀死草履虫开始，逐渐应用于细胞，微生物或分子的光诱导性失活[4，11]。光敏剂、激发光和组织中的分子氧是构成光动力效应的基本要素。其基本原理是光敏剂(photosensitizer，PS)在合适的光源照射下，从基态经寿命极短的单线态，系间穿越到三线态。受光激发的三线态与光敏剂可进行两种形式的反应：(1)经过氧原子或电子转移，直接同底物或溶剂反应形成自由基，为Ⅰ型(TypeⅠ)反应；(2)能量转移到氧分子，形成单线态氧O2，为Ⅱ型(Type Ⅱ)反应。通过Ⅰ型、Ⅱ型反应产生的以单线态氧为代表的一系列毒性活性产物可以与细胞或微生物的磷脂、核酸和蛋白质等生物大分子反应，破坏生物膜结构或其他功能单位，使细胞或微生物死亡，从而达到治疗效果。光敏剂分子的结构特点使其更易聚集在生长旺盛的细胞中，因此肿瘤细胞是良好的作用靶点，同时微生物由于繁殖迅速，比正常体细胞对光敏剂亲和性更强。因此，PDT 可选择性作用于感染的微生物，是一种有效的杀灭微生物的方法。

2. 牙周治疗的抗微生物光动力疗法

2.1 常用光敏剂和波长 为消除龈上和龈下菌斑中的细菌，抗微生物光动力学疗法已有激光和光敏剂的多种组合。甲苯胺蓝-O，亚甲基蓝，赤藓红，氯E6 和血卟啉已被证明是安全的。吩噻嗪染料(甲苯胺蓝O 和亚甲蓝)是在医疗领域中临床应用的主要光敏剂。亚甲基蓝和甲苯胺蓝O 对革兰氏阳性和阴性牙周致病菌都能有效失活[12，13]。但是，革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌的易感性有所差异。亚甲基蓝似乎表现出杀死革兰氏阳性和革兰氏阴性细菌比亚甲蓝更强的能力。甲苯胺蓝O 比亚甲蓝更能有效消除伴放线聚生杆菌、牙龈卟啉单胞菌和具核梭杆菌[13]。在亚甲基蓝的存在下，632.8nm(氦氖激光)、665 和830nm(半导体激光器)的波长对牙周病原菌具有高杀菌作用[12]。

Goulart 等[14，15]2010 年首次发现牙科用光固化灯可以激发玫瑰红，赤藓红和亚甲基蓝释放活性氧，因为这些光敏剂的吸收光谱是与牙科光固化灯的光谱一致(300-800nm)。可以有效抑制浮游物及菌斑生物膜内的伴放线聚生杆菌，而且赤藓红比亚甲蓝更有效。Prates 等[16]发现孔雀绿与660nm 低功率红色半导体激光作用5 分钟时，可杀灭99%的伴放线聚生杆菌。国内郑瑜谦等[17]发现一种对细菌具有亲合性的酞菁锌-聚赖氨酸偶合物(ZnPCPL)，与波长670nm 的半导体激光组合对牙龈卟啉单胞菌有明显的抑制作用。

目前，光动力疗法大多采用的光源是氦氖激光器(633nm)，镓-铝-砷化物半导体激光器(630-690，830 或906nm)和氩激光器(488-514nm)，波长从蓝光到可见光到红光。最近非激光光源，如发光二极管(LED)已被建议作为新的光动力疗法的光源，并逐渐应用于临床。LED 装置更加紧凑和轻便，比传统的激光器成本低，而且使用寿命长。

2.2 体外试验 早在20 世纪90 年代初，Dobson &Wilson[18]就发现，低水平的氦氖激光照射甲苯胺蓝O 或亚甲蓝可以有效杀死牙龈卟啉单胞菌、具核梭杆菌、伴放线聚生杆菌和血链球菌。光动力疗法的杀菌效果不仅对细菌的纯培养物有效，对菌斑生物膜也同样有效。Sarkar &Wilson[19]发现，氦氖激光加甲苯胺蓝O 可以杀灭慢性牙周炎患者的龈下菌斑样本内的口腔细菌。国内栾秀玲等[20]的研究也证实甲苯胺蓝联合波长630nm 激光体外照射龈下菌斑有良好的灭菌效果。但是，也有研究指出光动力的抗微生物效果对菌斑生物膜要比培养液弱。还有研究指出，耦合了单克隆抗体的甲苯胺蓝可以提高630nm 氦氖激光杀灭牙龈卟啉单胞菌抗菌效果[21]。

产黑色素细菌如牙龈卟啉单胞菌和和普雷沃菌属，其内源性卟啉也可以起到光敏剂的作用。Henry 等[22]的研究结果显示没有光敏剂，氩激光照射也可以杀死产黑色素细菌，其中牙龈卟啉单胞菌最敏感。Soukos 等[23]也指出非激光光源(宽谱，380-520nm)对产黑色素细菌有杀菌效果，该效果依赖于内源性卟啉的品质。

如上所述，体外研究结果支持抗微生物光动力疗法，使用特定的光敏剂和光源，可以有效地杀灭牙周致病菌。然而，波长和光敏剂的最有效的组合，以及所需要的最佳参数(如光敏剂浓度曝光时间，激光功率的能量和照射时间)等等还需进一步阐明，还需要更多的基础研究来优化临床应用。

2.3 动物实验 一些动物研究指出，甲苯胺蓝O21和卟啉E69和半导体激光组合的光动力疗法都可以降低实验性牙周炎(结扎法)的微生物负荷。同时，牙龈出血和红肿等临床症状也得到改善[9，24]。Komerik 等[24]在大鼠的实验中发现，甲苯胺蓝O型介导的光动力疗法(90 天)可以减少牙槽骨丧失。Almeida 等[25]发现，无论是放射学和组织学结果都显示抗微生物光动力疗法可以明显影响实验性牙周炎的发展。该实验使用亚甲基蓝(100mg/ ml)和685nm 的半导体激光的组合。照射15 天后牙槽骨丧失减少，但30 天后无显著差异。另外，该研究小组还发现辅助抗微生物光动力学治疗可显著减少糖尿病大鼠的牙槽骨破坏[26]。Prates 等[27]使用亚甲基蓝(100μm)和半导体激光(660nm，1min)观察对大鼠牙周炎的影响。发现无论是胶原组成、炎性侵润还是牙槽骨丧失，与灭菌水处理的区域相比，光动力疗法处理后的区域有更好的牙周组织愈合。

上述研究显示，抗微生物光动力疗法辅助龈下刮治在动物实验获得了比较满意的结果。使用光动力疗法可减轻实验性牙周炎的症和牙槽骨丧失水平，但是两项研究在治疗后30 天出现回归的趋势，差异消失。因此，还需要长期疗效的评估。

3. 临床研究

尽管大量的数据显示抗微生物光动力疗法的优势，但临床研究的结果仍存在争议。2010 年发表在“Journal of Periodontology”的关于光动力疗法牙周炎的影响的系统回顾和荟萃分析[28]，对符合要求的五篇论文(随机平行设计，光动力疗法VS安慰剂；联合龈下刮治与否)分析后指出，抗微生物光动力疗法无论是单独使用还是联合龈下刮治和根面平整(scaling and root planing，SRP)，与单纯SRP 相比在临床效果上没有统计学差异。但是同年，发表在“Lasers Medical Science”的抗微生物光动力疗法对慢性牙周炎治疗效果的荟萃分析(选出4 篇符合要求的研究)[29]则认为抗微生物光动力疗法联合SRP 可以期待额外的临床改善。因为相较于单纯SRP 治疗，联合光动力疗法附着水平的改善和牙周袋的减少更明显。这两篇荟萃分析选择的论文有3 篇是相同的。

Andersen 等[30]使用随机平行设计将33 例慢性牙周炎患者分为3 组：单独的光动力疗法(亚甲蓝+50mW 的半导体激光)、龈下刮治和根面平整(SRP)单独及SRP+ 光动力疗法。治疗后三个月的临床结果显示联合治疗比单独龈下刮治所有的检查参数的改善都明显。Theodoro 等[31]的针对慢性牙周炎患者的半年观察则指出，无论是光动力联合联合SRP、SRP 单独治疗还是光动力单独治疗，三组在临床和微生物学结果上都没有显著性差异。但是牙周致病菌阳性的位点的细菌的下降比例，联合光动力治疗组比SRP 单一治疗组更显著。但这一结果并没有显现出临床指征的明显改善。Pinheiro等[32]发现牙周袋内活菌数量降低的比例在联合光动力疗法(亚甲蓝-632nm 半导体激光)和单纯SRP治疗分别时95.9%和81.2%。葛琳华和束蓉[33]于2008 年首次在国内报道了PDT 对慢性牙周炎的疗效。将60 例慢性牙周炎患者随即分为SRP +1 次PDT、SRP +2 次PDT 和单纯SRP 组，采用亚甲蓝(0.0 1%w/ w)和波长670nm 激光(100mW)的组合。结果显示PDT 对牙龈卟啉单胞菌和福赛氏拟杆菌有明显效果，PDT 组牙周致病菌的比例和总菌含量的下降较单纯SRP 组明显。一次与两次应用PDT 的结果没有差异。

2013 年针对慢性牙周炎的抗微生物光动力疗法的新的荟萃分析(14 篇符合要求的研究)[34]认为光动力疗法的辅助治疗可以短期获益，但还需要高质量的大样本临床随机对照研究的中长期结果。而关于抗微生物光动力疗法在侵袭性牙周炎治疗应用效果的系列研究[35-37]都报告了有利的结果。其中一项研究[35]采取分口设计，使用甲苯胺蓝-660nm 半导体激光照射1 分钟或SRP，治疗前后采集龈下菌斑，检测了40 种细菌的变化。结果显示相较于SRP，光动力治疗组伴放线聚生杆菌的下降更明显。而牙龈卟啉单胞菌等红色复合体细菌的下降在SRP 组更明显。因此，该文章指出对光动力疗法和龈下刮治敏感的菌群不同，两者互为补充，联合治疗可以期待更好的杀菌效果。

4. 结语

抗微生物光动力疗法的体外和动物实验的研究结果显示抗微生物光动力疗法的高效杀菌效果，临床研究也提示牙周非手术治疗时联合光动力疗法可能获得短期获益，有发展成为牙周治疗新方法的潜力。但尚需探讨其体内应用的适用性和安全性，而且PDT 的成功疗效依赖于适宜的光敏剂浓度、照射光剂量和时间等具体治疗参数的精确优化。因此还需进行大量反复深入的实验研究和临床试验，特别是中长期的随机临床研究来证明。抗微生物光动力疗法可能会成为牙周疾病抗菌治疗的一个有力的手段，尤其在传统治疗疗效差、免疫缺陷及伴有全身疾病的人群。

(谢辞:感谢北京市科技新星计划(2009B41)和首都医科大学附属北京口腔医院2013 年度学科建设基金(13-09-17)的支持。)

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