半導體激光運用于口腔正畸治療的研究進展

劉竹子，徐宇紅

(遵義醫科大學第五附屬(珠海)醫院口腔科，廣東 珠海 519000)

在我國錯頜畸形發病率高，接受正畸治療的患者數量眾多。正畸治療在矯治錯頜畸形的同時具有一定的局限性，如治療時間過長、牙齒的移動伴隨著疼痛、矯治力的施加可能造成牙根吸收、易產生口腔潰瘍等，如何克服這些問題成為正畸醫師關注的焦點。激光由于其熱效應、切割及凝結性能、殺菌性能、降低疼痛等特性，被廣泛運用于臨床各學科的疾病治療[1]。目前臨床常使用的激光包括用于組織切割和脫敏的CO2激光、用于根管消毒和根尖手術的Er：YAG激光、用于蝕刻和牙周治療的Nd：YAG激光、用于口腔軟組織手術和牙齒漂白的磷酸鈦氧鉀激光以及半導體激光。自半導體激光器產生以來就被廣泛運用在通信、印刷及醫學領域。醫用半導體激光多為低能量激光，但高能量激光也有涉及。在口腔方面，半導體激光被用于改進手術后切口的愈合[2]、降低牙周刮治和根面平整后的炎癥水平[3]、促進頜骨改建[4]，還對口腔內組織具有鎮痛、生物調節、減少炎癥等作用[5]。半導體激光在口腔黏膜病、牙體牙髓病、牙周病等方面已有廣泛的運用，但在口腔正畸方面的報道相對較少。現就半導體激光在口腔正畸治療中的臨床運用及研究進展予以綜述。

1 加快正畸牙的移動速度

正畸治療可能持續2～3年，過長的治療時間會顯著降低患者的依從性，并帶來其他諸多不良反應，如何縮短正畸療程受到人們的關注。目前已經有很多方法被嘗試用于加速正畸治療進程，包括減少矯治器摩擦力、使用骨支抗等。牙周輔助加速成骨正畸治療(periodontally accelerated osteogenic orthodontics，PAOO)產生的局部加速現象可以有效地持續加速正畸牙的移動，但PAOO作為一種侵入性手術，術中和術后會帶來疼痛、腫脹等問題，限制了PAOO在臨床的廣泛運用[6]。其他加速牙齒移動的方法還包括局部注射藥物、激光、超聲波、機械振動、微生物電流等，而激光照射是最能體現無創化、舒適化治療理念的一種方法。

半導體激光(940 nm，100 mW，GaAlAs激光)能夠增加大鼠牙齒移動速度，提高細胞核因子κB受體活化因子(receptor activator of nuclear factor kappa B，RANK)、核因子κB受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor kappa B ligands，RANKL)、骨保護素(osteoprotegerin，OPG)以及Runx2基因的表達，促進正畸牙受力移動過程中的頜骨組織改建[7]。Cifter等[8]的研究同樣顯示，大鼠在接受半導體激光(830 nm，100 mW，GaAlAs激光)照射后，牙齒的移動速度在全部時間點均高于對照組，且RANKL和OPG的表達顯著高于對照組。在臨床試驗方面，Sedky等[9]和Varella等[2]均證明，接受半導體激光照射患者的齦溝液內RANKL和白細胞介素(interleukin，IL)-1β的含量均顯著升高。OPG、RANK和RANKL信號通路在骨改建過程中起著重要作用，與破骨細胞和成骨細胞的功能息息相關[10]，這可能是半導體激光促進頜骨改建、提高正畸牙移動速率的機制之一。值得注意的是，激光可以加快牙齒移動速度，但牙齒的移動速度與激光照射功率并不完全呈正相關，提示激光可能會對口腔內組織產生潛在的危害[11]。還需進一步明確激光對人體組織的作用機制，確定產生最佳效果的激光使用參數。

2 降低疼痛

疼痛是正畸治療中最常見的不良反應，放置分牙簧、施加矯治力、拆除矯治器等操作均會給患者帶來疼痛不適感。據報道，疼痛在患者接受正畸治療前的恐懼因素中排名第四[12]。8%～30%的患者因為疼痛而放棄正畸治療[13]。正畸治療產生疼痛的機制可能是矯治力作用于牙齒，牙周膜細胞釋放組胺、5-羥色胺、前列腺素E2、白三烯等物質，從而引發疼痛反應[14]。目前已有不少關于減少正畸疼痛的手段，如口服非甾體抗炎藥、麻醉凝膠、激光療法以及機械振動等。與其他方法相比，激光具有使用方便、不良反應小等優點。半導體激光(940 nm，200 mW，GaAlAs激光)照射可以顯著減少患者放置彈性分牙簧后感覺到的咀嚼痛和持續性疼痛[15]。Lo Giudice等[16]研究顯示，使用半導體激光(980 nm，1 W)照射后，患者放置正畸初始弓絲感受到疼痛的劇烈程度和持續時間均顯著降低，且牙列的擁擠度與激光照射后疼痛降低的程度無顯著相關性。另外，運用半導體激光(635 nm，400 mW)可以減少上頜擴弓時產生的疼痛[17]。Qamruddin等[18]研究顯示，半導體激光(940 nm，100 mW，7.5 J/cm2，GaAlAs激光)可以減少正畸牙受力時產生的疼痛，并顯著加速牙齒移動。

從技術層面講，激光的干預措施在研究中尚無統一標準，因此，半導體激光在同一方面出現相反的研究結果可能是由于非標準化的激光使用方式所致。激光波長、功率、照射頻率均可能對試驗結果產生影響，導致最終結論不同。波長大小影響激光的穿透性，且波長大的激光不太可能產生直接的光化學效應，能量也較低，因而不能產生熱效應；另外，功率和激光照射的頻率也會影響照射組織吸收的總能量[19]。例如，同樣是研究半導體激光對下頜第一磨牙放置彈性分牙簧后疼痛的影響，Gupta等[15]的研究顯示，激光(940 nm，200 mW，GaAlAs激光，4 J/次，共16 J)照射后疼痛顯著減輕；而Martins等[20]的研究則顯示，激光(830 nm，100 mW，GaAlAs激光，3 J/次，共24 J)照射前后疼痛比較差異無統計學意義(P=0.132)；兩者除了激光的波長、功率與照射時間不同外，其他的試驗條件均類似，研究結果卻不一致，除臨床異質性外，還應考慮激光參數造成的異質性。以目前的研究水平，還不能明確臨床使用激光的推薦參數。

3 促進潰瘍愈合

正畸過程中托槽、弓絲、牽引鉤、結扎絲等可能造成唇頰黏膜潰瘍，使患者產生疼痛不適感，影響講話發音，產生對治療的不滿情緒。除了使用自鎖托槽、結扎圈、正畸保護蠟等方法外，激光照射也能減少疼痛，促進潰瘍愈合。激光(660 nm，5 J/cm2，GaAlAs激光)能抑制牙周膜細胞內腫瘤壞死因子-α、IL-1β、IL-6和IL-8的表達，并增加細胞內環腺苷酸的濃度；另外，成纖維細胞在接受激光照射后，血管內皮生長因子表達顯著升高，證明激光照射具有促進血管增殖、降低炎癥反應的作用[21]。口腔黏膜炎大鼠接受半導體激光(810 nm，300 mW，18.75 J/cm2)照射后，血小板衍生生長因子BB和堿性成纖維細胞生長因子的表達水平均顯著升高[22]。激光對成纖維細胞有顯著的增殖作用，可促進潰瘍愈合，對于正畸創傷性潰瘍來說，半導體激光可以減輕黏膜炎癥反應，加速組織修復，是一種減輕潰瘍疼痛、促進愈合的有效方法[23]。

4 減少牙根吸收

正畸導致的牙根吸收被認為是一種由牙齒移動導致的不可避免的病理性結果，是破骨細胞在清除受壓液化壞死的牙周組織時引起的附加效應[24]。約91%的牙齒在正畸中發生吸收致使牙根變短[25]。牙根吸收的程度與正畸治療時間的長短、牙根發育狀況、牙齒移動類型以及施力大小和方向等均有關。

半導體激光可以減少正畸牙牙根的吸收，加速牙齒移動，促進骨質形成[5,26-27]。動物實驗證明，使用半導體激光(810 nm，100 mW，75 J/cm2，GaAlAs激光)照射后實驗組大鼠的牙齒移動量大于未照射對照組，受力牙齒遠中頰根表面的吸收凹陷體積顯著小于對照組，同時實驗組頜骨張力側有更明顯的骨質形成[5]。其他報道顯示，激光能夠減少正畸牙牙根吸收[26-27]。但Ang Khaw等[28]的研究指出，目前尚不能認為激光(660 nm，75 mW，3.6 J/cm2，GaAlAs激光)對正畸導致的牙根吸收有修復作用。半導體激光能否減少正畸源性牙根吸收以及有效的激光參數，還有待進一步的研究。

5 輔助牙周病正畸

半導體激光對慢性牙周炎的治療有效[29]。半導體激光(810 nm，250 mW)可以提高牙齦成纖維細胞中堿性成纖維細胞生長因子的表達，而堿性成纖維細胞生長因子在牙周組織再生中占有重要地位，這可能是半導體激光促進牙周組織再生的原因之一[30]。Ren等[31]的臨床隨機對照試驗顯示，半導體激光(940 nm，8.6 J/cm2)可以顯著降低有牙周病損正畸患者齦溝液中IL-1β、前列腺素E2和神經肽P物質的水平，緩解由正畸所致的疼痛，降低牙周組織炎癥程度。半導體激光對于存在牙周病損的正畸患者是一種有效的輔助治療手段。

6 提高種植體的穩定性

自骨支抗系統被發明以來就在復雜病例的矯治中擔任重要角色。微種植體具有諸多優點，如降低患者配合需求度、提供最大骨支抗、便于操縱以及容易植入和取出，但如何維持種植體穩固是臨床醫師面臨的挑戰。

動物實驗證實，半導體激光照射可以增加鈦種植體與骨的接觸面積，幫助形成更好的骨結合[32]。半導體激光運用于種植體周圍黏膜，可有效控制炎癥，減少牙齦出血[33-34]。然而，激光是否能增加種植體穩定性還存在爭議。Osman等[35]的臨床試驗顯示，半導體激光(910 nm，700 mW，42 J/cm2)可顯著減輕種植體周圍牙齦的炎癥程度，且半導體激光也可減少種植體的活動度，但數據差異無統計學意義(P=0.1592)，還需進一步研究。

7 軟組織切割成形

血紅蛋白對半導體激光的吸收度很高，特別是氧合血紅蛋白，而羥磷灰石晶體對半導體激光的吸收度很低[36]。半導體激光作用于軟組織時，會發生一系列的反應，包括組織的熱效應、分解、凝固、蛋白質變性及脫水，最終發生汽化、組織消失或者被切割，并有止血的作用；相比手術刀，激光可以更容易地切割，更精確地重塑口腔內軟組織的形態，具有出血量少、疼痛感低、基本無需縫合的優點[37]。雖然電刀切割同樣出血量少，但由于電刀切割時附帶熱損傷，可能造成牙齦及口腔黏膜下方的骨膜和牙槽骨壞死，存在延遲切口愈合的風險[38]。適當使用激光，不僅具有減少出血、術野清晰的優點，還可以減少術中和術后的疼痛，促進切口愈合，增加組織再生。

正畸治療患者佩戴托槽后，由于菌斑堆積、口腔內菌群改變等，導致牙齦腫脹增生，肥大的牙齦進一步妨礙口腔衛生的維持，造成美觀方面的問題，并且影響牙齒移動，增加矯治后復發率[39]。常見處理方法為口腔衛生宣教和齦上潔治，廣泛的、難以消除的牙齦增生往往需要手術切除。半導體激光可用于切除增生的部分牙齦，幫助維持口腔健康。激光切除多余的牙齦同樣能幫助暴露萌出不足的牙冠，輔助準確地定位和黏接托槽[40]。在治療過程中或者去除托槽結束矯治時，正畸醫師常發現個別牙齒不符合微笑美學，原因可能是牙冠高度過短、齦緣形態不佳、牙齒長寬比例不協調以及齦乳頭腫脹等，為了美觀，患者可能需要接受冠延長或牙齦成形術。當患者美觀要求高或需要精確細微的修復時，由于術野清晰、出血量少、便于精確操作，激光是較傳統手術刀片更好的選擇[41-42]。

8 暴露埋伏牙

半導體激光也可運用于埋伏牙的暴露。上頜尖牙的阻生率約為0.92%，是口腔內除了第三磨牙以外埋伏率最高的牙齒[43]。上頜埋伏尖牙約有85%是腭側阻生，15%為頰側阻生，準確定位阻生牙的方向和位置非常重要[44]。對于埋伏牙，常見的正畸處理方法是定位埋伏牙位置后，從唇頰側或者腭側切開翻瓣，暴露埋伏牙牙冠并黏接矯治器后進行開放式或閉合式牽引。傳統方法是使用手術刀片切開翻瓣，導致大量出血，而黏接正畸附件時需要一個干燥清潔的環境，從手術切口滲出的血液會污染處理過后干燥的牙面，提高矯治器的脫落率。一旦黏接的矯治器在治療過程中脫落，患者不得不忍受痛苦，重新接受一次暴露埋伏牙的手術 。

當埋伏牙位置比較表淺時，或是已經通過其他方法使埋伏牙牙冠位于表淺位置時，推薦使用半導體激光照射埋伏牙區域后，再切除周圍軟組織暴露牙冠，黏接矯治器加力牽引[45]。使用激光照射后，患者疼痛感降低，而且出血量顯著減少，有利于黏接矯治器，降低脫落率[46]。但半導體激光在暴露埋伏牙方面的運用存在局限性，不適用于完全被骨質覆蓋的埋伏牙，對于完全埋于骨組織的牙齒，仍然需要翻起頰側或腭側黏骨膜，去除覆蓋骨組織暴露牙冠[40]。

9 小 結

半導體激光具有止血、減少疼痛、控制炎癥、促進組織再生等優良性能，可以提升患者的就診體驗，提高治療效率，促進牙齦美學，在口腔醫學領域有廣泛的應用前景。激光對人體的治療機制和治療效果目前尚不明確。雖然功效眾多，但在已有的研究中，半導體激光也顯示出了一些不足。例如，半導體激光對降低正畸治療產生的疼痛效果不如機械振動[47]，在加速牙齒移動、促進頜骨改建方面效果不如骨皮質松解術[8]。由于半導體激光用于口腔疾病治療的時間較短，對其機制和功能方面的研究還不完善，缺乏足夠的證據支撐其療效，且目前尚無統一的使用參數和操作準則，因此激光在正畸方面的運用和使用規范還有待進一步研究。