激光活化蕩洗在根管預備中的作用

蔡辰，江千舟

廣州醫科大學附屬口腔醫院·廣州口腔疾病研究所·口腔醫學重點實驗室，廣東廣州510140

根管治療術是治療牙體牙髓及根尖周疾病的主要方法，其核心在于清除根管內的炎癥牙髓及感染物質，如糞腸球菌，牙組織碎屑等。傳統的機械預備和化學預備方法對感染的清除仍不徹底，激光的應用為更高效完善的根管清潔提供了可能。自1960年由Maiman引入第1臺紅寶石激光器，1971年被Weichman應用于牙體牙髓病學領域 之后，激光在牙體牙髓病治療中的起著越來越重要的作用。 其中，以Er:YAG激光為主要媒介的激光活化蕩洗(laser-activated Irrigation,LAI)技術在根管預備環節展現了良好的清潔效果，具有較高的臨床應用價值和廣闊的發展前景。該文回顧了近年來LAI應用于根管治療的相關文獻，論述了LAI的作用原理，作用效果的影響因素，臨床參數的設置和配伍沖洗劑的選擇，以期對LAI的臨床應用提供理論指導。

1 激光活化蕩洗概述

激光活化蕩洗（laser-activated irrigation,LAI）是指在根管治療中利用激光激活蕩洗液，提升殺菌清效率果并使其在根管內產生高速流體運動，以達到清除菌斑生物膜，牙本質碎屑和玷污層之效果的一種根管沖洗方式[1]。LAI相較于傳統的超聲蕩洗和注射器沖洗，可以達到更為理想的清潔效果，其原因主要在于LAI可以在根管內產生更大范圍，更高流速的流體運動[2]，并有效激活根管沖洗劑，提升沖洗劑的消毒殺菌效果[3]。

在臨床實踐中，LAI所使用的激光主要為Er:YAG激光（波長2 940 nm）和Er,Cr:YSGG激光（波長2 780 nm）。其中，Er:YAG激光的波長與水的吸收峰值（3 000 nm）最為接近，其能量能夠被沖洗液劇烈吸收產生大量氣泡，故較常用于LAI操作。

光子引導的光聲流效應(photon-initiated Photoacoustic Streaming,PIPS)是LAI的的一種改進形式，其本質是Er:YAG激光在低能量設置模式下（20 mJ，15 Hz，脈沖時長50μs）通過光聲流和光機械作用在根冠內產生空穴效應和沖擊波，并擴散到根管系統；其特點在于在Er:YAG激光裝置上安裝了特殊的錐形工作尖，使得激光能量在根管中主要以橫向傳播，有效減輕了LAI操作中沖洗液根尖孔溢出和牙體硬組織熱損傷（溫度升高<1.5℃）等問題，并可以有效提升根管沖洗的效率[4]。此外，PIPS在根管再治療術中也可起到輔助蕩洗，清理根充糊劑等作用[5]。

2 激光活化蕩洗的作用機制

2.1 光熱效應

激光聯合沖洗劑進行化學預備產生的光機械作用可迅速激活沖洗劑，顯著提升沖洗劑的滲透性和化學性能。LAI所產生的光化效應能使多種生物大分子的化學鍵發生斷裂并形成新鍵，使得其原本的結構發生改變，達到去除細菌及其代謝產物的效果[6]。此外，脈沖發射產生的熱效應可使根管壁牙本質熔融和重結晶，暴露牙本質小管，增加牙本質通透性并殺滅根管內的細菌[7]。

2.2 空穴效應

氣泡使根管內沖洗液的體積急劇膨脹，根管內壓力升高使沖洗液流出根管，此為初級空穴效應。初始氣泡破裂后，其周圍沖洗液的壓力發生急劇變化，氣體流入根管，較小的氣泡凝結成形，此為次級空穴效應。初級和次級空穴效應的空化氣泡都可發出沖擊波和微噴氣，對牙本質表面施加剪切應力，以達到去除碎屑和玷污層的效果。

2.3 蕩洗作用

激光與沖洗劑作用產生大量氣泡。氣泡的產生和破裂都伴隨有根管內液體體積的變化以及復雜的流體力學效應，使沖洗液在根管內劇烈震蕩。值得指出的是，激光產生的氣泡和高速流體具有特殊的力學性質。脈沖會加速氣泡的產生及破裂進程，伴隨有根管內的壓力瞬變。每一次脈沖都會使流體獲得新的加速度，導致流體內的慣性力不斷升高。相比之下，注射器沖洗和超聲沖洗只能產生粘性應力[8]。在流體力學研究中發現，PIPS組蕩洗液的流速在根冠部分>3 m/s，在根管中段及根尖區域也有0.3 m/s；相比之下，超聲蕩洗組蕩洗液的流速在根冠部僅為約0.03 m/s，且在距超聲工作尖2 mm以外的范圍檢測不到流體運動。此外，PIPS組中檢測到了在根管內上下兩個方向的大范圍流體運動，漩渦狀流體的產生以及局部顯著的流速差，可以導致剪切應力的產生[9]。綜上，LAI可在根管中產生可觀的蕩洗作用，其效果顯著優于傳統沖洗方式。

2.4 摩西效應（Moses Effect）

激光可以產生電磁場。在電磁場作用下氣泡/流體界面的形變被稱為摩西效應[10]。摩西效應的作用表現為流體的表面張力減低，粘性增加和蒸發率的顯著提升。這使得LAI激發氣泡的效率更高，可獲得更好的根管預備效果。

3 激光活化蕩洗的影響因素

3.1 氣泡的幾何形態與分布

氣泡的破裂速率及其發出的沖擊波大小主要取決于細胞的幾何形態。體外實驗顯示，一般情況下氣泡的大小越大，其破裂釋放的能量越強。氣泡的球狀程度（一定半徑范圍內的曲率）越高，發出的沖擊波越強，所呈現的清潔效果越好。此外，氣泡會附著在臨近組織表面，破裂時可產生沖擊波。由此可以推斷當氣泡產生的范圍越大，分散/覆蓋于組織表面的氣泡越多，對組織表面的消毒效果越好。

3.2 光纖頭的位置與形狀

研究表明，在根管模型中使用LAI，內部柱面（光纖頭）上的剪切應力高于外部柱面（根管壁）上的剪切應力。且當根管直徑隨著高度升高，氣泡產生的壓強變化幅度及流體的平均流速降低。因此，剪切應力在激光光纖頭附近最高，LAI的作用效果在此區域最為明顯。

光纖頭尖端的形狀對激光脈沖的能量傳遞方向有重要影響。例如，圓錐型的光纖頭尖端可以在流體中產生顯著的攪動效果。調整光纖頭尖端的形狀（如錐形）可以使能量偏向于橫向傳遞，減少光纖頭方向的正面傳遞，以減輕對根管的正面壓力并提升治療的安全性[11]。

3.3 光纖頭放置的位置

對于鉺激光而言，有研究表明光纖頭所放置的位置應為距解剖根尖2～3 mm處；亦有觀點認為應放置在距根尖止點5 mm處以減少沖洗劑溢出根尖孔。

對于PIPS而言，有研究證實光纖頭的位置不影響對根管的清理效果，因此PIPS光纖頭放置在髓腔中即可完成活化蕩洗[12]。

3.4 激光參數設置

臨床采用的LAI常用參數為：0.3～1.8 W，10～20 Hz，20～700 mJ；作用時間10～60 s，間隔時間20～30 s。

目前臨床推薦的PIPS參數為：0.15～0.5 W，10～20 Hz，20 mJ;作用時間30 s，間隔時間30 s[13]。

4 激光活化蕩洗配伍沖洗劑的選擇

4.1 次氯酸鈉

次氯酸鈉作為臨床最常用的沖洗劑，具有高效的殺菌作用和良好的有機組織溶解性能。次氯酸鈉溶液中的有效氯分子直接接觸并氧化消解有機成分（牙本質碎屑，細菌等）是其產生清潔效應的主要機制。Macedo等[14]的研究證實不同濃度的次氯酸鈉在LAI作用下，有效氯的反應比例（percentage of Chlorine Loss）是相同的。推測在一定濃度范圍內，足量，低濃度的次氯酸鈉沖洗可以獲得與高濃度相當的沖洗效果。

4.2 氯己定（CHX）

不同濃度的CHX對革蘭陽性菌，革蘭陰性菌和多種真菌都有顯著的藥物作用。臨床常用CHX的濃度范圍為0.02%～2%。值得指出的是，CHX與次氯酸鈉可發生反應產生對氯苯胺；對氯苯胺是一種致癌劑，且可導致牙本質小管封閉。因此，在使用CHX進行根管沖洗時應先用過氧化氫或生理鹽水去除次氯酸鈉。

4.3 乙二胺四乙酸（EDTA）

EDTA聯合鉺激光進行激光活化蕩洗可有效去除菌斑生物膜。EDTA是一種金屬螯合劑，通過與羥基磷灰石中的鈣離子形成絡合物的方式溶解無機成分，與次氯酸按溶解有機成分的作用互為補充。Guidotti等[15]的實驗表明Er:YAG激光依次聯合2.5%次氯酸鈉和17%EDTA沖洗，在根尖1/3區域仍能取得良好的玷污層去除效果。

目前推薦的臨床操作為：以次氯酸鈉和17%EDTA作為主要沖洗方法進行激光活化蕩洗，使用過氧化氫溶液去除有效氯后，以2%CHX作封藥前的最終沖洗[16]。

5 小結

該文對LAI的原理機制，作用過程，影響因素和參數設置進行了介紹，以期在理論上解釋LAI在化學預備過程中所起的作用。此外，由于LAI對根管清潔作用的多種效應皆與氣泡的產生于破裂有密切關系，該文所作的部分總結有助于根據氣泡的特性判斷或預測其作用效果。