激光活化荡洗在根管预备中的作用

蔡辰，江千舟

广州医科大学附属口腔医院·广州口腔疾病研究所·口腔医学重点实验室，广东广州510140

根管治疗术是治疗牙体牙髓及根尖周疾病的主要方法，其核心在于清除根管内的炎症牙髓及感染物质，如粪肠球菌，牙组织碎屑等。传统的机械预备和化学预备方法对感染的清除仍不彻底，激光的应用为更高效完善的根管清洁提供了可能。自1960年由Maiman引入第1台红宝石激光器，1971年被Weichman应用于牙体牙髓病学领域 之后，激光在牙体牙髓病治疗中的起着越来越重要的作用。 其中，以Er:YAG激光为主要媒介的激光活化荡洗(laser-activated Irrigation,LAI)技术在根管预备环节展现了良好的清洁效果，具有较高的临床应用价值和广阔的发展前景。该文回顾了近年来LAI应用于根管治疗的相关文献，论述了LAI的作用原理，作用效果的影响因素，临床参数的设置和配伍冲洗剂的选择，以期对LAI的临床应用提供理论指导。

1 激光活化荡洗概述

激光活化荡洗（laser-activated irrigation,LAI）是指在根管治疗中利用激光激活荡洗液，提升杀菌清效率果并使其在根管内产生高速流体运动，以达到清除菌斑生物膜，牙本质碎屑和玷污层之效果的一种根管冲洗方式[1]。LAI相较于传统的超声荡洗和注射器冲洗，可以达到更为理想的清洁效果，其原因主要在于LAI可以在根管内产生更大范围，更高流速的流体运动[2]，并有效激活根管冲洗剂，提升冲洗剂的消毒杀菌效果[3]。

在临床实践中，LAI所使用的激光主要为Er:YAG激光（波长2 940 nm）和Er,Cr:YSGG激光（波长2 780 nm）。其中，Er:YAG激光的波长与水的吸收峰值（3 000 nm）最为接近，其能量能够被冲洗液剧烈吸收产生大量气泡，故较常用于LAI操作。

光子引导的光声流效应(photon-initiated Photoacoustic Streaming,PIPS)是LAI的的一种改进形式，其本质是Er:YAG激光在低能量设置模式下（20 mJ，15 Hz，脉冲时长50μs）通过光声流和光机械作用在根冠内产生空穴效应和冲击波，并扩散到根管系统；其特点在于在Er:YAG激光装置上安装了特殊的锥形工作尖，使得激光能量在根管中主要以横向传播，有效减轻了LAI操作中冲洗液根尖孔溢出和牙体硬组织热损伤（温度升高<1.5℃）等问题，并可以有效提升根管冲洗的效率[4]。此外，PIPS在根管再治疗术中也可起到辅助荡洗，清理根充糊剂等作用[5]。

2 激光活化荡洗的作用机制

2.1 光热效应

激光联合冲洗剂进行化学预备产生的光机械作用可迅速激活冲洗剂，显著提升冲洗剂的渗透性和化学性能。LAI所产生的光化效应能使多种生物大分子的化学键发生断裂并形成新键，使得其原本的结构发生改变，达到去除细菌及其代谢产物的效果[6]。此外，脉冲发射产生的热效应可使根管壁牙本质熔融和重结晶，暴露牙本质小管，增加牙本质通透性并杀灭根管内的细菌[7]。

2.2 空穴效应

气泡使根管内冲洗液的体积急剧膨胀，根管内压力升高使冲洗液流出根管，此为初级空穴效应。初始气泡破裂后，其周围冲洗液的压力发生急剧变化，气体流入根管，较小的气泡凝结成形，此为次级空穴效应。初级和次级空穴效应的空化气泡都可发出冲击波和微喷气，对牙本质表面施加剪切应力，以达到去除碎屑和玷污层的效果。

2.3 荡洗作用

激光与冲洗剂作用产生大量气泡。气泡的产生和破裂都伴随有根管内液体体积的变化以及复杂的流体力学效应，使冲洗液在根管内剧烈震荡。值得指出的是，激光产生的气泡和高速流体具有特殊的力学性质。脉冲会加速气泡的产生及破裂进程，伴随有根管内的压力瞬变。每一次脉冲都会使流体获得新的加速度，导致流体内的惯性力不断升高。相比之下，注射器冲洗和超声冲洗只能产生粘性应力[8]。在流体力学研究中发现，PIPS组荡洗液的流速在根冠部分>3 m/s，在根管中段及根尖区域也有0.3 m/s；相比之下，超声荡洗组荡洗液的流速在根冠部仅为约0.03 m/s，且在距超声工作尖2 mm以外的范围检测不到流体运动。此外，PIPS组中检测到了在根管内上下两个方向的大范围流体运动，漩涡状流体的产生以及局部显著的流速差，可以导致剪切应力的产生[9]。综上，LAI可在根管中产生可观的荡洗作用，其效果显著优于传统冲洗方式。

2.4 摩西效应（Moses Effect）

激光可以产生电磁场。在电磁场作用下气泡/流体界面的形变被称为摩西效应[10]。摩西效应的作用表现为流体的表面张力减低，粘性增加和蒸发率的显著提升。这使得LAI激发气泡的效率更高，可获得更好的根管预备效果。

3 激光活化荡洗的影响因素

3.1 气泡的几何形态与分布

气泡的破裂速率及其发出的冲击波大小主要取决于细胞的几何形态。体外实验显示，一般情况下气泡的大小越大，其破裂释放的能量越强。气泡的球状程度（一定半径范围内的曲率）越高，发出的冲击波越强，所呈现的清洁效果越好。此外，气泡会附着在临近组织表面，破裂时可产生冲击波。由此可以推断当气泡产生的范围越大，分散/覆盖于组织表面的气泡越多，对组织表面的消毒效果越好。

3.2 光纤头的位置与形状

研究表明，在根管模型中使用LAI，内部柱面（光纤头）上的剪切应力高于外部柱面（根管壁）上的剪切应力。且当根管直径随着高度升高，气泡产生的压强变化幅度及流体的平均流速降低。因此，剪切应力在激光光纤头附近最高，LAI的作用效果在此区域最为明显。

光纤头尖端的形状对激光脉冲的能量传递方向有重要影响。例如，圆锥型的光纤头尖端可以在流体中产生显著的搅动效果。调整光纤头尖端的形状（如锥形）可以使能量偏向于横向传递，减少光纤头方向的正面传递，以减轻对根管的正面压力并提升治疗的安全性[11]。

3.3 光纤头放置的位置

对于铒激光而言，有研究表明光纤头所放置的位置应为距解剖根尖2～3 mm处；亦有观点认为应放置在距根尖止点5 mm处以减少冲洗剂溢出根尖孔。

对于PIPS而言，有研究证实光纤头的位置不影响对根管的清理效果，因此PIPS光纤头放置在髓腔中即可完成活化荡洗[12]。

3.4 激光参数设置

临床采用的LAI常用参数为：0.3～1.8 W，10～20 Hz，20～700 mJ；作用时间10～60 s，间隔时间20～30 s。

目前临床推荐的PIPS参数为：0.15～0.5 W，10～20 Hz，20 mJ;作用时间30 s，间隔时间30 s[13]。

4 激光活化荡洗配伍冲洗剂的选择

4.1 次氯酸钠

次氯酸钠作为临床最常用的冲洗剂，具有高效的杀菌作用和良好的有机组织溶解性能。次氯酸钠溶液中的有效氯分子直接接触并氧化消解有机成分（牙本质碎屑，细菌等）是其产生清洁效应的主要机制。Macedo等[14]的研究证实不同浓度的次氯酸钠在LAI作用下，有效氯的反应比例（percentage of Chlorine Loss）是相同的。推测在一定浓度范围内，足量，低浓度的次氯酸钠冲洗可以获得与高浓度相当的冲洗效果。

4.2 氯己定（CHX）

不同浓度的CHX对革兰阳性菌，革兰阴性菌和多种真菌都有显著的药物作用。临床常用CHX的浓度范围为0.02%～2%。值得指出的是，CHX与次氯酸钠可发生反应产生对氯苯胺；对氯苯胺是一种致癌剂，且可导致牙本质小管封闭。因此，在使用CHX进行根管冲洗时应先用过氧化氢或生理盐水去除次氯酸钠。

4.3 乙二胺四乙酸（EDTA）

EDTA联合铒激光进行激光活化荡洗可有效去除菌斑生物膜。EDTA是一种金属螯合剂，通过与羟基磷灰石中的钙离子形成络合物的方式溶解无机成分，与次氯酸按溶解有机成分的作用互为补充。Guidotti等[15]的实验表明Er:YAG激光依次联合2.5%次氯酸钠和17%EDTA冲洗，在根尖1/3区域仍能取得良好的玷污层去除效果。

目前推荐的临床操作为：以次氯酸钠和17%EDTA作为主要冲洗方法进行激光活化荡洗，使用过氧化氢溶液去除有效氯后，以2%CHX作封药前的最终冲洗[16]。

5 小结

该文对LAI的原理机制，作用过程，影响因素和参数设置进行了介绍，以期在理论上解释LAI在化学预备过程中所起的作用。此外，由于LAI对根管清洁作用的多种效应皆与气泡的产生于破裂有密切关系，该文所作的部分总结有助于根据气泡的特性判断或预测其作用效果。