Er:YAG激光治疗种植体周围炎的基础研究进展

2021-11-26 18:11  来源:临床口腔医学杂志
作者:陈中仁 陈雪 彭琳 阅读量:8951

    种植体周围炎症是种植体失败的主要原因之一,包括种植体周围黏膜炎和种植体周围炎,可导致支持骨丧失、骨结合失败、黏膜退缩与美学并发症等,甚至导致已经形成骨结合并行使功能的种植体发生骨吸收而脱落。种植体周围黏膜炎患病率的加权平均值为29.48%(范围22.65%~36.32%),而种植体周围炎为9.25%(范围7.57%~10.93%)。
    种植体表面的菌斑微生物是种植体周围炎症发生的重要致病因素。因此,菌斑控制是预防和治疗种植体周围炎症的重要手段。Er:YAG激光凭借其在种植体去污方面良好的应用前景在口腔种植领域受到越来越多的关注,Er:YAG激光辅助手术治疗已成为临床中种植体周围炎治疗的首选方案。相比于临床效果,近年研究者们更多关注Er:YAG激光治疗是否对种植体及其周围组织产生不良影响从而影响种植体表面的骨再生。本文就Er:YAG激光在种植体周围炎治疗中的基础研究进展作一综述。
    1.Er:YAG激光治疗对种植体表面菌斑生物膜的影响
    菌斑生物膜是种植体周围炎的始动因素。种植体周围的菌群分布受口腔内固有菌群的影响。在种植体周围炎的植体周围,菌斑生物膜以革兰阴性厌氧菌为主,如梭杆菌、牙龈卟啉单胞菌、伴放线杆菌、普氏菌等。
    Er:YAG激光能够使细菌内的水分迅速吸收热量并气化,达到破坏细菌壁的作用,并且能通过减少脂多糖而产生杀菌作用,因此Er:YAG激光具有良好的杀菌作用,能有效清除种植体周围炎致病菌所形成的细菌生物膜,为周围组织中的细胞重新附着提供洁净的表面。Er:YAG激光的杀菌作用具有时效性,只能改善早期微生物学水平,临床结果显示6个月后细菌数量并未发生减少。不同细菌种类对Er:YAG激光的敏感性也不同。
    1.1牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis,P.g)
    牙龈卟啉单胞菌(P.g)是牙周致病菌中毒力最强的一种,主要通过破坏宿主的免疫反应而起到关键作用,少量的牙龈卟啉单胞菌就可以将正常的微生物菌群转变为致病菌,导致炎症反应的发生。牙龈卟啉单胞菌与种植体周围炎的发生、发展密切相关,可通过分泌大量毒性因子破坏种植体周围组织及细胞,提高血管通透性,增加组织渗出,导致组织水肿。研究表明,Er:YAG激光对附着在种植体表面的牙龈卟啉单胞菌有较高的敏感性,能有效去除牙龈卟啉单胞菌及其细胞化合物,为新的成骨细胞附着提供可接受的表面。
    1.2伴放线杆菌(Aggregatibacter actinomycetemcomitans,A.a)
    伴放线杆菌(A.a)是一种能发酵糖类物质的非肠源性兼性厌氧菌,其通过产生大量毒性因子以降低机体抵抗力。在牙周炎和种植体周围炎中,虽然伴放线杆菌比牙龈卟啉单胞菌少见,但其与侵袭性牙周炎和较严重的种植体周围炎的发生密切相关,也是导致种植失败的致病菌之一。
    研究表明Er:YAG激光能有效杀灭种植体周围致病细菌,且能明显降低伴放线杆菌的检出率。Saffarpour等研究则发现Er:YAG激光与常规机械治疗,光动力疗法及洗必泰冲洗等治疗方式相比,并不能有效地降低伴放线杆菌的数量。因此,如何在种植体周围炎的治疗中有效地杀灭伴放线杆菌及其附着在钛表面的副产物需要进一步的研究。
    1.3金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus,S.aureus)
    在种植体周围炎的患者中也经常能检测到金黄色葡萄球菌。体外研究也证实了金黄色葡萄球菌对钛表面具有很高的亲和力,通过其黏附于细胞外基质和血浆蛋白的能力,早期附着在生物材料上,为晚期细菌的黏附和定殖创造良好的环境。Ulu等评估Er:YAG激光及冷大气等离子体(cold atmospheric plasma,CAP)对钛表面金黄色葡萄球菌生物膜的清除,结果显示两种方法均能清除钛表面生物膜。
    一项针对钛表面金黄色葡萄球菌生物膜的Er:YAG激光清除实验发现Er:EAG在较低能量下即可清除99%~100%的细菌,显示良好的清除效果。
    2.Er:YAG激光治疗对种植体表面性能的影响
    Er:YAG激光能量越大对细菌生物膜的清除效果越好,然而过高能量的激光本身也会使种植体表面蚀化从而影响种植体的表面性能。关于Er:YAG激光能量在何种范围内不会破坏种植体表面目前尚无共识。
    2.1对种植体表面形态的影响
    大量体外实验表明Er:YAG激光在适宜能量时能有效去除种植体表面的细菌生物膜和结石,而不会损坏种植体表面及影响成骨细胞的附着。然而,Er:YAG激光能量超过一定范围,会使钛片表面结构发生变化,可能对细胞的黏附及活力产生影响。Shin等研究显示当Er:YAG激光能量为100mJ/脉冲和140mJ/脉冲时对大颗粒喷砂技术(Sand-blasted,Large-grit,and Acid-etched,SLA)表面处理种植体表面无明显改变,能量为180mJ/脉冲时种植体表面发生融化和熔融,能量300mJ/脉冲照射10s种植体表面出现了融化和裂纹的形成。
    2.2对种植体表面润湿性的影响
    种植体表面的润湿性对邻近组织细胞的愈合和再生起着重要作用,表面湿润性很大程度上受种植体表面形态(微观纹理和粗糙度)和化学官能团的影响。研究显示Er:YAG激光改性种植体可以提高其表面润湿性,其主要原因可能是钛表面氧含量增加。体外研究显示Er:YAG激光以100mJ/脉冲,10Hz照射能降低SLA表面粗糙度,增加表面润湿性及成骨细胞的增殖、黏附。
    研究显示钛表面润湿性的增强可以在骨整合过程中细胞反应的早期阶段诱导细胞黏附。高表面能和润湿性还可能通过细胞分化和骨钙蛋白(Osteocalcin),碱性磷酸酶(Alkalin ephosphatase)和转谷氨酰胺酶III(Trans glutaminaseΙΙ)等活性标记物的高表达来增强成骨细胞的分化能力。
    2.3对种植体表面粗糙度的影响
    Er:YAG激光处理还会影响钛表面粗糙度,粗糙度的改变对钛表面的润湿性及细胞黏附及增殖均有一定影响。研究表面钛表面粗糙度增加,会增加成纤维细胞对钛表面的黏附力,但降低细胞增殖速率。Ayobian等体外研究显示Er:YAG激光以100mJ/脉冲,10Hz照射能降低SLA钛表面粗糙度,增加表面润湿性及表面骨肉瘤细胞(sarcoma osteogenic cells,SaOs-2)细胞的增殖率。
    3.Er:YAG激光治疗对种植体周围细胞与组织的影响
    种植体与周围组织的界面在骨整合过程中起着至关重要的作用。种植体表面良好的生物相容性是骨整合成功的必要条件。Er:YAG激光照射时,种植体表面形态变化可能会影响细胞增殖和黏附等细胞行为。研究认为Er:YAG激光照射可恢复感染钛表面的生物相容性,改善细胞活性、增殖和形态等反应,从而改善骨整合。然而也有结论认为Er:YAG激光照射未能重建受污染的钛表面的生物相容性。
    3.1对成骨细胞的影响
    感染种植体表面因存在不同程度的碳氢化合物,钛表面的物理化学组成发生改变,从而破坏TiO2层,使植体表面的成骨细胞发生再黏附的能力降低,从而影响新骨形成。Er:YAG激光在适当的功率和频率作用下,种植体表面产生的微结构对成骨细胞的形态、附着及扩散有较大影响,并且能提高种植体与骨的相容性和成骨细胞的活性。
    研究表明Er:YAG激光处理能增加种植体表面细胞成骨分化相关基因如碱性磷酸酶和骨钙素及Notch信号的表达,成为其促进新骨形成的有利证据。然而也有研究显示Er:YAG激光照射改变了钛种植体表面形态,对成骨细胞的生存能力和活性产生一定负面影响。
    3.2对牙龈成纤维细胞的影响
    人牙龈成纤维细胞(human gingival fibroblasts,HGFs)是口腔软组织的主要细胞成分,通过多种功能保持种植体处于良好状态,包括修复组织损伤和封闭种植体周围防止口腔微生物进入。种植体表面微观结构可以影响成纤维细胞的生长和上皮附着。
    Cao等研究显示Er:YAG激光(30mJ/脉冲,30Hz)照射不仅能有效清除种植体表面生物膜,还增加了HGFs的黏附相关因子(COL1A1,FAK,FN1和ITGB1)的表达水平,从而促进伤口愈合。另一方面,Klepper等研究则表明单独使用Er:YAG激光(80mJ/脉冲,25Hz)与手动/超声仪器联合治疗在胶原蛋白密度、成熟度和成纤维细胞增殖方面无显著差异。
3.3对骨组织愈合的影响
    Er:YAG激光可以通过在被照射的骨表面产生特征性的微结构,以及在骨中产生有利的响应,加速早期新骨的形成,在切除死骨、清创和骨皮质切开等手术中均显示出良好的治疗能力。动物研究显示,经Er:YAG激光照射的骨表面特征微观结构增强了纤维蛋白和血凝块的保留,更多的细胞外基质成分附着在处理过的表面,骨组织愈合更快。
    也有研究认为Er:YAG激光在低功率水平产生的光生物活性反应能进一步刺激成骨细胞的增殖与分化,从而促进骨代谢及新骨形成。另一方面,研究者还关注于激光治疗过程中的产热是否对种植体周围骨组织产生热损伤。研究表明1min内种植体周围温度升高10℃时即可对骨组织产生不可逆的损伤,通常认为47℃是引起骨组织损害的临界点。
    研究显示Er:YAG激光照射的钛表面在60mJ/脉冲和100mJ/脉冲的能量照射后的平均温度分别升高5.437℃和11.037℃,借助水雾冷却后的钛表面温度迅速降低至47℃以下。Monzavi等研究也显示Er:YAG激光在水雾冷却下,温度可以保持低于47℃,不会对周围骨组织造成热损伤及骨坏死。
    3.4对软组织愈合的影响
    激光治疗软组织的愈合过程,在很大程度上受每个激光系统照射组织表面产生的热副作用影响,Er:YAG激光处理过的软组织表面热变性极小,低能量激光治疗已被证明可以减少炎症并改善伤口愈合。
    Sawabe等表明Er:YAG激光治疗部位的牙龈愈合速度比使用电刀情况下更快,且由于其工作尖端细小,在烧蚀软组织时较其他激光能更精确控制。随着激光在种植体周围炎和慢性牙周炎治疗中的应用越来越广泛,一些研究表明Er:YAG激光处理种植体周围炎的种植体表面可直接促进牙周组织愈合,并且更有助于成纤维细胞的附着。
    Klepper等比较手用/超声器械及Er:YAG激光(80mJ/脉冲,25Hz)非手术治疗牙周炎的早期愈合情况,结果表明所有治疗组在治疗后2~6周都有成纤维细胞增殖和胶原成熟的增加,治疗组之间的早期愈合情况几乎没有明显的差异。
    4.展望
    激光治疗在牙周和种植体周围疾病的创面愈合、组织再生中发挥着重要的作用。从目前的基础研究看,Er:YAG激光治疗对种植体表面不同种类致病菌均具有良好的细菌清除能力。Er:YAG激光在适当的能量参数和输出功率下,能促进种植体表面细胞的再黏附及成骨方向的分化功能。低能量Er:YAG激光处理还能有效促进种植体周围骨组织及软组织愈合。这些基础研究显示了Er:YAG激光在临床治疗种植体周围炎的优势,相信随着Er:YAG激光在临床应用中的普及和基础研究的不断深入,对于Er:YAG激光的作用机理会有更加清晰的认识以及更加完善的理论。

编辑: 陆美凤

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