低水平激光用于加速正畸牙齒移動的研究進展

戴佳韻，王姝婧，林君彥，田 鈺，潘永初,3，李丹丹,3

口腔正畸治療可以改善由牙列不齊、上下牙弓咬合關系異常等錯牙合畸形造成的口腔功能及面部美觀問題，提升患者的自尊感和自我認可度[1]。但通常正畸治療時間為2～3年，較長的治療時間除了為患者帶來生活上的不便，還會增加齲齒、牙槽骨吸收、牙根吸收、牙周病等不良反應發生的風險[2-3]。因此，隨著社會的發展和人們對生活質量要求的提高，縮短正畸療程已成為醫生和患者共同的訴求。如何加快正畸牙齒移動以有效縮短正畸治療時間，已經成為口腔正畸學研究的熱點。目前，已經有多種加速牙齒運動的方法用于臨床，包括機械振動[4]、骨皮質切開術[5]、脈沖電磁場[6]等機械和物理方法。

1960年，美國物理學家梅曼成功研制出第一臺醫用紅寶石激光器(波長為694.3 nm)[7]，并成功應用于視網膜脫落的光凝治療。激光科學迅速發展，1990年Myers推出了第一臺專為口腔激光治療設計的激光器[8]。激光治療以工作功率500 mW為界，激光工作時功率超過500 mW稱為高強度激光治療(high-level laser therapy)，低于500 mW則稱低強度激光治療(low-level laser therapy, LLLT)[9]。高強度激光治療具有良好的切割能力，常用于快速有效地處理與正畸治療相關的軟組織并發癥，具有減少術后疼痛、感染、水腫、瘢痕和縮短手術時間等優點，還可作為“光刀”替代纖維切開術中的傳統手術刀，以減少正畸后的復發[10]。LLLT具有一系列的生物刺激作用，可刺激巨噬細胞、淋巴細胞、內皮細胞等細胞增殖，釋放生長因子或其他細胞因子，刺激膠原蛋白合成等，但不會引起細胞和組織局部溫度明顯升高、導致不可逆的損傷。近年來大量基礎和臨床研究證實LLLT可以促進牙周膜重組和牙槽骨改建，從而加速正畸牙移動[11-14]。本文將近年來國內外學者對LLLT加速正畸牙移動的相關臨床及基礎研究作一綜述。

1 LLLT用于加速正畸牙齒移動的臨床效果研究

應用于正畸治療中常用的激光類型包括：摻釹釔鋁石榴石激光(Nd:YAG激光，波長1 064 nm)、摻鉺釔鋁石榴石激光(Er:YAG激光，波長2 940 nm)、二氧化碳激光(CO2激光，波長10 600 nm)、二極管激光(波長800～980 nm)等[15]。

AlSayed Hasan等[16]在正畸治療的第0、3、7、14天對患者每顆上頜切牙用Ga-Al-As半導體激光(830 nm，150 mW)照射1 min，從第2個月到上頜牙弓整平和對齊階段完成，每15 d激光照射1次后，發現LLLT加速了正畸牙齒的移動，并將實現上頜牙弓排齊整平的時間縮短26%。Cruz等[12]對11例患者進行了為期2個月的LLLT臨床研究，以評估牙齒移動的速度。結果表明，激光治療組尖牙遠中移動的速度明顯更快。另外多項研究顯示出與此相似的結果[16-20]。

采用大鼠模型研究LLLT加速牙齒移動情況，也顯示LLLT可以加速牙齒運動[21-22]。Nd:YAG激光照射Wistar大鼠的第一磨牙在第一周內的牙齒運動量顯著大于未照射組，而一周后繼續進行激光照射，牙齒移動的速度并沒有明顯變化[23]。Tsuka等[24]發現，Er:YAG激光照射后的第3周和第4周末，牙齒移動量明顯大于對照組。

針對不同的激光種類，臨床醫生在應用激光時所設置的規格與參數各不相同。為了找尋每一種激光應用時最適宜的參數，有許多學者進行了研究。結果發現，激光產生的生物刺激作用是參數依賴性的，如波長、功率、照射時間、照射總能量(功率與照射時間的乘積)、脈沖頻率、脈沖寬度、峰值功率等[25]。

不同波長的激光對牙齒移動的加速效果可能存在一定的差異。Baser Keklikci等[26]比較了不同波長的二極管激光對大鼠上頜第一前磨牙移動的影響。發現波長405 nm、532 nm、650 nm、940 nm的二極管激光均能加速正畸牙的移動，且波長為650 nm的LLLT移動最顯著。Yang等[27]對660 nm和830 nm波長的激光進行比較，結果顯示660 nm和830 nm兩種波長均可加速牙齒移動，在14 d時兩組牙齒移動距離的差異沒有統計學意義，但在早期階段660 nm的LLLT作用比830 nm更強。

LLLT功率對牙齒移動效果有較為明顯的影響。Milligan等[28]對波長為810 nm的Ga-Al-As半導體激光以500 mW和1 000 mW兩種功率進行比較，發現500 mW功率的激光可以實現加速正畸牙齒移動，但1 000 mW功率的激光照射后實驗組牙齒移動與對照組無明顯差異。這一結果提示，牙齒移動速度的增加并不與激光照射的功率大小呈正相關。更大的激光光照功率并不能使牙齒移動的速度增加更多，甚至功率過大還可能對口腔組織產生潛在威脅。

LLLT的強度(即單位面積目標組織接收到的激光能量，以J/cm2為單位)也是影響正畸牙齒移動速率的重要因素。姜委杰等[29]發現波長為650 nm的半導體激光，照射能量密度為15.92 J/cm2時可以顯著加速正畸牙齒移動，而能量密度為31.85 J/cm2時并未實現加速正畸牙齒移動，Elkattan等[30]也對半導體激光的能量密度、總能量僅這兩種參數不同設置的正畸牙齒移動效果進行了比較研究，結果證明與高劑量組(每顆牙齒10 J和能量密度5 000 J/cm2)和對照組相比，低劑量組(每顆牙齒5 J和2 500 J/cm2)牙齒移動率更高，但與對照組相比更易復發。這一結果提示了，LLLT的光生物刺激作用也取決于合適的照射能量，過高的能量密度并不能加速牙齒移動。

時間的累計可能增強LLLT的加速牙移動效果。Karabel等[13]通過大鼠實驗發現，連續7 d使用980 nm二極管激光對上頜切牙牙槽區照射9 min時(總能量54 J)，正畸牙齒移動量比照射12 min時多(總能量72 J)。同時，LLLT的生物刺激可能還具有積累作用，即累計照射相同劑量，分一次或多次照射最終所引起的生物效應相當[25]。

另外，有研究比較發現，在6周齡大鼠第一磨牙施用二極管激光(830 nm，180 mW，Ga-Al-As激光)分別施用連續波或脈沖波，兩者均有加速正畸牙齒移動的效果，且無明顯統計學差異[22]。

然而，激光的種類與儀器眾多，各類激光設置參數的不同對正畸牙齒移動的影響尚不能完全明確。也有一些研究結果顯示LLLT不具有加速正畸牙齒移動的效果。Limpanichkul等[31]采用隨機對照試驗設計，使用860 nm Ga-Al-As半導體激光(100 mW，能量密度25 J/cm2)對上頜尖牙在開始關閉拔牙間隙時以及第1、2、3個月末分別進行連續3 d照射，照射組與對照組的牙齒移動速度在3個月內均無明顯差異。Mistry等[32]的研究結果也表明，每隔4周對移動牙齒局部使用LLLT并未實現牙齒更快移動。使用功率為2 W的CO2激光照射60 s，激光組與對照組之間的牙齒移動量無統計學意義[33]。由前文提及的參數設置可以推斷，一些實驗研究中加速牙齒移動效果未能實現，可能與激光應用時的參數設置有關。

總的來說，大多數研究結果都支持LLLT能加速正畸牙移動這一論點。盡管不同波長的激光加速牙齒移動的效應有所差異，但并非絕對。LLLT具有小劑量刺激，大劑量抑制的特點(劑量指能量密度，即傳遞到單位面積目標組織的激光能量，以J/cm2為單位)，因此選擇合適的照射劑量尤為重要。同時，LLLT的生物刺激可能還具有積累作用，即累計照射相同劑量，分一次或多次照射最終所引起的生物效應相當[25]。

2 LLLT用于加速正畸牙齒移動的機制研究

正畸牙齒移動速度的主要決定因素是牙周組織受力后繼發牙槽骨改建，即牽張側牙槽骨新生和壓力側牙槽骨吸收這一過程[34]。同時受到局部和全身因素影響，如營養、年齡、藥物使用[35]，以及牙周組織中各種細胞因子表達情況，如白介素1β(IL-1β)和前列腺素(PGE2)[36-37]。LLLT是通過光生物調節作用，對牙齒周圍的骨組織改建產生作用。以往的研究表明，LLLT可能影響正畸牙周圍的骨細胞數、調節局部膠原蛋白、細胞因子、炎癥因子等的表達情況，但具體機制并不明確。

2.1 調節骨細胞代謝

LLLT可刺激正畸牙周圍成骨細胞和破骨細胞數量的增加。Ninomiya等[38]、Nicola等[39]開展的研究表明，激光可以促進大鼠破骨細胞和成骨細胞的分化。Altan等[40]發現820 nm二極管激光照射上頜切牙牙根部黏膜后，可使大鼠上頜骨中成骨細胞和破骨細胞數量顯著增加。Tsuka等[23-24]分別使用Nd:YAG激光和Er:YAG激光對大鼠的上頜磨牙牙齦進行總能量為54 J的激光治療，結果均發現在激光照射組受壓側破骨細胞數量明顯高于對照組。Yoshida等[41]通過CT觀察，發現LLLT可使牽張側破骨細胞減少，成骨細胞增多；并在第14天觀察到新的骨小梁形成，牙槽骨密度也顯著高于非照射組。這些結果都表明，LLLT可以促進牙齒移動過程中的骨代謝，從而加速牙槽骨的改建。

在骨的形成過程中，轉化生長因子-β1(TGF-β1)、骨堿性磷酸酶(BALP)、骨鈣素(OSC)等都發揮著重要的作用。Narmada等[42]發現TGF-β1、OSC的表達在受壓側無顯著差異，而在牽張側則顯著增多，而BALP在受壓側和牽張側表達均顯著增加。Hsu等[43]比較發現LLLT組受壓側和牽張側OSC表達水平均比對照側更明顯，提示激光治療后骨形成水平增加。Huang等[14]發現人牙周膜細胞的OSC表達在照射后第7天時顯著升高，證實LLLT可以提高牙周膜中成骨細胞的活性。

細胞核因子κB受體活化因子(receptor activator of nuclear factor kappa B, RANK)、細胞核因子κB受體活化因子配體(receptor activator of nuclear factor kappa B ligands, RANKL)以及骨保護素(osteoprotegerin, OPG)在破骨細胞的分化中發揮重要的作用。OPG與RANKL可競爭性結合RANK來抑制骨吸收，對破骨細胞中的RANK激活分別產生正向或反向調控[44]。許多研究提示激光可以調控RANKL-RANK-OPG骨調節軸的表達。Fujita等[45]發現大鼠破骨前體細胞進行激光照射后，RANK的表達量增加程度與激光總能量呈正相關。并且，相較于非照射和LED照射，半導體激光照射后RANK和RANKL的表達更早且更多，多核破骨細胞數目顯著增加，牙齒移動速率快，這與Shirazi等[46]、Tsuka[23-24]、Yang等[27]的研究結果均相符。同時，LLLT還可刺激RANK/RANKL/OPG信號通路表達量升高及破骨細胞分化水平的改變[47]。

破骨細胞受到許多酶等生物因子的調控，如基質金屬蛋白酶(MMP)-9，組織蛋白酶K和α(v)β(3)整合素等。Yamaguchi等[44]發現激光照射后第7天照射組大鼠牙槽骨中的MMP-9、組織蛋白酶K、α(v)β3整合素分別是對照組的1.8、1.6、1.4倍，牙齒移動量是對照組的1.3倍。Jivrajani 等[48]發現照射組患者齦溝液中MMP-9濃度升高僅出現在牙齒移動的初始階段。

2.2 促進血管增生

LLLT還可以促進血管的增生，從而促進牙周組織的改建。正畸牙齒移動地過程中，受壓側牙周發生暫時性缺血，形成透明樣變。新血管的形成有助于透明小體的清除以及骨改建的激活。血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor, VEGF)被認為是促進血管生成的關鍵因子。Hsu等[43]研究發現，受壓側和牽張側的VEGF表達在經LLLT處理后第一天均呈高水平而后逐漸降低，呈現早期誘導模式。同時，通過甲苯胺藍染色發現牙周膜內LLLT處理后毛細血管的形成與新骨的沉積也有所增加。Altan等[40]也發現經LLLT處理后成纖維細胞和毛細血管的數量均顯著增加。

2.3 調節炎癥反應

正畸治療過程中施加機械力對細胞造成壓力，因而正畸牙齒移動過程中伴發類炎癥反應，局部組織內可合成和釋放多種炎癥因子。如白細胞介素6(IL-6)在牙周組織中，可以刺激破骨細胞形成，提高破骨細胞的骨吸收活性。而IL-8則負責刺激受壓側破骨細胞的分化。IL-1、TNF-α等炎性細胞因子可以通過上調RANKL來刺激骨吸收[49]。Fernandes等[50]發現激光照射后人齦溝液中IL-6和IL-8的表達量增加。Isola等[51]、üretürk等[20]還發現經激光照射后人齦溝液中IL-1β的表達量增加，這與Yang等[27]在大鼠中的發現一致。眾多研究發現，LLLT可以通過調節這些因子，介導牙周組織的炎癥，來促進正畸牙齒的加速移動。

2.4 促進膠原蛋白表達

在正畸牙齒移動過程中牙周膜為細胞反應和組織重建提供微環境。膠原纖維是牙周膜中的主要纖維結締組織，其中又以Ⅰ型膠原較多，它可以將牙齒與牙槽骨相連，從而保持牙齒位置改變后的穩定性[52]。Kim等[11]發現，經Ga-Al-As半導體激光(96 mW，4.98 J/cm2)連續照射7 d后，實驗組大鼠牙周膜中的纖連蛋白和Ⅰ型膠原蛋白的表達增加，且分布均勻。此外，Zaniboni等[53]在探究As-Ga-Al激光與電流刺激是否能加速骨皮質切開大鼠的牙齒移動時，發現兩者單獨使用或聯合使用均可對Ⅰ型膠原的表達起有利的調節作用。

3 展 望

在正畸治療過程中，使用LLLT加速牙齒的移動速度，需要選擇適宜的類型并設定相應的參數。目前所開展的各研究之間參數變量、設備參數、實驗設計均有所不同，很難在研究之間控制變量進行比較分析。同時，大多數研究為體外動物研究實驗,如需大范圍推廣LLLT在正畸臨床中的應用，仍需開展更多臨床研究試驗,探索激光功率、強度、照射頻率、總能量、照射時長等的最適參數，以明確最佳治療參數方案。此外，我們也需要格外注意，過大劑量的激光照射對口腔組織的潛在威脅，如牙齦上皮異常增生、過角化和組織消融現象等[28]。

LLLT加速正畸牙齒移動的機制目前尚不明確[54]。目前主要是對激光照射后，牙齒周圍的骨細胞數量、細胞因子等的觀察性研究，尚缺乏系統的機制研究。已有的結果表明，LLLT不僅直接刺激牙槽骨成骨細胞和破骨細胞的分化和牙周組織的改建，還可能使局部血液循環發生改變，從而調控炎癥因子的表達。此外，也可能是LLLT使牙周膜中某些趨化因子或細胞因子出現變化，進而間接促進了骨代謝和牙槽骨改建。綜上，LLLT促進正畸牙齒移動的機制仍需進一步的研究。