980 nm二极管激光治疗牙本质敏感的体外研究

黄 帆,孟雨晨,王思霖,裴丹丹,逯 宜*

(1陕西省颅颌面精准医学研究重点实验室,西安 710004;2西安交通大学口腔医院口腔修复科;*通讯作者,E-mail:luyi1962@163.com)

牙本质敏感(dentin hypersensitivity,DH)是一种常见的口腔疾病,表现为暴露的牙本质在受到外界刺激时出现的短暂、尖锐的疼痛症状[1]。在牙本质敏感的发生机制中,最为广泛接受的是流体动力学说,即在外界温度、机械或化学刺激作用下,牙本质小管中液体加速流动,从而刺激神经纤维兴奋,引起疼痛。基于这一理论,临床上常使用脱敏药物来封闭牙本质小管和/或降低神经兴奋性,从而缓解牙本质敏感。近年来,激光作为一种新型的牙本质敏感治疗方式备受关注。研究表明,在脱敏远期效果上激光相对于药物更具优势[2,3]。临床中常采用Nd家族激光,Er家族激光和半导体激光等进行牙本质敏感治疗。因其波长处于不同范围,其脱敏的作用机制也不尽相同[4]。980 nm激光属于半导体激光,既能够通过神经作用,也能通过光热效应封闭牙本质小管达到脱敏效果[5]。在脱敏治疗过程中,激光会产生较高能量,除作用于牙本质表面外,多余的能量会传导至髓腔使髓腔内温度升高,引起牙髓坏死变性[6]。本研究使用980 nm二极管激光,制备3种不同厚度的牙本质片,通过观察激光照射后牙本质表面形态并测量照射过程中的温度变化,评估该激光用于牙本质敏感治疗的安全性和有效性。

1 材料和方法

1.1 主要材料和仪器

Fona二极管激光(广州丰诺牙科设备有限公司),热电偶温度计(TM-946,台湾路昌电子企业股份有限公司),温度记录软件(LUTRON801,台湾路昌电子企业股份有限公司),慢速锯(Isomet LS,美国Buehler公司),超声波清洗机(型号KQ-400KDB,中国昆山超声仪器公司),扫描电子显微镜(Flex SEM 1000,日本日立公司),1%柠檬酸(沈阳昌德隆化工原料有限公司)。

1.2 牙本质敏感模型的制备

收集48颗因阻生拔除的完整无龋坏的第三磨牙(来源于西安交通大学口腔医院颌面外科),使用慢速锯垂直于牙体长轴方向切割,去除面全部的牙釉质,暴露牙本质,每颗磨牙制备一个牙本质片样本,分别制备厚度为1,2,3 mm的牙本质片各16片。使用600目砂纸抛光,1%柠檬酸酸蚀20 s,去离子水中超声荡洗10 min。

1.3 实验分组与激光脱敏处理

根据牙本质片的不同厚度分为3组:G1(1 mm),G2(2 mm),G3(3 mm)。每组根据激光照射功率随机分为4个亚组(n=4):空白对照组(无激光处理);0.5 W组(功率0.5 W,照射时间30 s);1 W组(功率1 W,照射时间30 s);1.5 W组(功率1.5 W,照射时间30 s)。激光参数设置:波长980 nm,CW模式,光纤直径300 μm,光纤尖端垂直放置于距离牙本质片表面1 mm处,定点照射。

1.4 牙本质表面扫描电子显微镜观察

激光照射后,将样本置于干燥器内干燥24 h,表面喷金,扫描电子显微镜(1 000,2 000,5 000倍)观察脱敏处理区域牙本质表面的形态变化。

1.5 激光照射中温度变化的测量

对热电偶温度计进行矫正,使用沸水标定100 ℃,冰水混合物标定0 ℃。将牙本质片置于实验台上,激光光纤头垂直固定于牙本质片上方1 mm处,将热电偶测温仪测温探头固定于牙本质片对侧与激光光纤同等位置处(见图1)。待温度稳定后测定室温下样本的初始温度T0,按照实验分组进行激光照射,记录照射过程中的最高温度Tm,并使用温度记录软件记录实时温度曲线。温度变化ΔT的计算公式为ΔT=Tm-T0。对各组的温度变化值ΔT进行双因素方差分析,组间比较采用LSD检验,P<0.05表示差异具有统计学意义。

激光垂直照射牙本质表面,热电偶温度计测量牙本质片对侧温度图1 牙本质片温度变化测试模式图Figure 1 The schematic diagram of temperature test of the dentin discs

2 结果

2.1 牙本质表面扫描电子显微镜观察

经柠檬酸处理后，对照组可见牙本质表面平整，玷污层消失，牙本质小管口敞开呈圆形或类圆形，边界清晰(见图2)，表明成功建立牙本质敏感模型。0.5 W组1 000倍视野下可见大部分牙本质小管仍呈开放状态，2 000倍、5 000倍下可见小管直径较对照组减小，小管口由四周向中心缩窄，但未完全封闭(见图2)。1 W组中牙本质小管直径进一步减小，部分区域已出现牙本质小管完全封闭，照射区域小管轮廓隐约可见或消失(图2)。1.5 W组牙本质小管封闭面积明显增大，牙本质表面光滑均匀，可见熔融状堵塞物(见图2)。

图2 激光照射后各组牙本质表面形态的电镜观察Figure 2 Observation of dentin surfaces after laser treatment under SEM

2.2 激光照射中温度测量结果

激光照射中温度升高ΔT结果见图3。功率一定时，1 mm组温度升高幅度高于2 mm与3 mm组，差异具有统计学意义(P<0.05)；2 mm组与3 mm组之间温度升高幅度差异无统计学意义(P>0.05)。在同一厚度下，激光功率越高，温度升高ΔT越大，差异具有统计学意义(P<0.05)。除1 mm组中1 W与1.5 W温度升高超过5.5 ℃外，其余各组温度升高均在安全范围内。激光照射过程中的温度变化曲线见图4。在整个照射过程中温度持续升高，照射完成之时达到峰值温度，照射结束后温度缓慢下降。

同厚度与0.5 W组比较，*P<0.05;与1 W组比较，#P<0.05；同功率与1 mm组比较，△P<0.05图3 不同牙本质厚度、不同功率激光照射下温度升高值Figure 3 Changes of temperature under different dentin thickness and different power laser irradiation

图4 不同牙本质厚度、不同功率激光照射下温度变化曲线Figure 4 Temperature change curve under different dentin thickness and different power laser irradiation

3 讨论

1985年Matsumoto等首次将激光应用于牙本质敏感的治疗,自此之后,学者们便不断努力,通过改变激光的参数和种类,以获得更好的临床效果[7]。

目前临床上常用的激光有Nd家族激光、Er家族激光和半导体激光。因其波长处于不同范围,其脱敏的作用机制也不相同[4]。Nd激光以光热效应为主,波长为1 064-1 341 nm,易被羟基磷灰石吸收,瞬时的高能量作用于敏感部位,使牙本质表面熔融结晶封闭暴露的牙本质小管。Er激光波长为2 780-2 940 nm,位于水和羟基磷灰石的吸收峰,激光能量被水和羟基磷灰石同时吸收,产生微爆破效应,切割牙体组织产生碎屑,堵塞牙本质小管。半导体激光波长范围为660-980 nm,其脱敏机制主要是通过改变神经纤维膜对Na+、K+的通透性,减少动作电位的产生,进而降低神经兴奋性[5]。980 nm激光属于一种半导体激光,能够产生神经作用,又因其波长接近Nd激光,而具有光热效应。同时,与Nd激光和Er激光相比,980 nm二极管激光轻便小巧、价格较低,更有利于在各级医疗机构中推广使用。

研究表明,敏感牙本质单位面积中暴露的牙本质小管数量是正常牙本质的8倍,敏感牙本质小管直径是正常牙本质小管的2倍[1]。牙本质小管的开放状态对于判断牙本质敏感的程度具有重要意义。Umana等[8]发现980 nm激光在1.6-2 W功率下照射10 s可以使牙本质小管管径减小或完全封闭,且封闭效果优于810 nm激光。高杰等[9]研究发现,980 nm激光以2 W功率照射5 s即可以使牙本质小管均匀封闭。体外实验研究表明较高的激光功率(2 W)可以达到良好的牙本质小管封闭效果,但在激光治疗牙本质敏感的临床研究中更推荐较为安全的功率(0.4-1 W)[10,11]。本研究选取功率0.5-1.5 W,通过延长照射时间以期获得较好的脱敏效果,更接近临床情况。在本实验中,使用二极管激光,照射时间固定为30 s,模式为持续波模式,将激光的光纤探头垂直固定于牙本质上方1 mm。随着照射功率的增加,激光输出的能量密度增加,单位面积的牙本质吸收了更多的能量,牙本质小管封闭效果也随之增强,功率为0.5 W时仅表现为牙本质小管管径的减小,功率为1 W和1.5 W时展现了较为理想的牙本质小管封闭效果。除通过直接观察牙本质小管的形态来评估激光脱敏的效果,牙本质渗透率(dentin permeability)也可以反映激光处理后牙本质小管的封闭程度。Rizzante等[12]研究发现使用980 nm激光在0.5 W、0.7 W、1 W功率下照射30 s均可引起牙本质渗透率的降低,且随着激光功率的提升,渗透率降低的程度也更加显著。

在治疗牙本质敏感的过程中,激光的热效应也会同时引起髓腔温度的升高。Zach等[6]认为温度升高超过5.5 ℃将会引起牙髓组织的不可逆坏死,因此激光脱敏过程中防止牙髓腔内的温度过高对治疗的安全性至关重要。5.5 ℃也是目前最为广泛认可的髓腔温度升高的安全界限。已有研究证实,应用Er激光与Nd激光时髓腔温度升高并未超过安全界限[13,14]。980 nm激光作为一种新型半导体激光,逐步应用于口腔治疗的各个方面。Yassaei等[15]在使用980 nm激光去除正畸托槽的研究中,将功率设置为2,2.5,3 W,照射10 s,发现髓腔温度升高并未超过5.5 ℃。Al-Karadaghi等[16]使用980 nm激光照射激活涂布于离体牙表面的漂白剂,过程中并未出现髓腔温度的异常升高。尽管多数实验表明980 nm激光在应用过程中均表现出一定程度的牙髓安全性,但其用于牙本质敏感治疗时是否会对牙髓产生影响,仍然有待研究。在髓腔温度测试中,剩余牙本质厚度(remaining dentin thickness,RDT)对温度升高的影响不容忽视,剩余牙本质厚度越小,表明该区域牙本质距髓腔越近[17]。同时随着牙本质与髓腔间的距离减小,深部牙本质小管的开放程度逐渐提高,对外界温度变化更敏感,在激光照射时易发生牙髓的变性坏死[18,19]。不同区域的剩余牙本质厚度并不均匀,测量所得到的牙本质厚度与实际牙本质厚度存在一定的差异,而不同牙本质厚度会使实验结果产生较大的偏倚。本研究中采用牙本质片作为测试对象,与离体牙髓腔模型相比,在研究激光照射对于温度升高的影响时可以更加精准地控制牙本质厚度。本实验中,2 mm与3 mm组之间温度升高无显著性差异,1 mm组温度相对于其他两组有显著升高,且1 mm组功率为1 W和1.5 W时温度升高超出5.5 ℃的安全阈值。提示在进行激光脱敏治疗时,可以先通过临床或影像学检查评估剩余牙本质厚度,对于近髓腔部位牙本质脱敏时应当选择较低的激光参数避免损伤牙髓。