光動(dòng)力療法應(yīng)用于根管消毒的研究進(jìn)展

李美美， 黃紋祺， 陳柯， 徐帥妹， 熊華翠

1. 暨南大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院，廣東 廣州（510632）； 2. 南方醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)院海珠廣場(chǎng)院區(qū)兒童口腔科，廣東 廣州（510120）； 3.南方醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)院牙體牙髓科，廣東 廣州（510280）

目前，仍有許多根管治療病例因?yàn)槲⑸镆蛩貙?dǎo)致失?。?］。次氯酸鈉以其高效殺菌、溶解有機(jī)組織等突出性能，成為臨床最常用的沖洗劑［2］。次氯酸鈉溶液的表面張力限制了藥物在根管系統(tǒng)狹窄部位特別是牙本質(zhì)小管內(nèi)的擴(kuò)散和清理能力［3］。并且，次氯酸鈉是有氣味的腐蝕性液體，接觸會(huì)導(dǎo)致軟組織損傷甚至氣道受損，有很強(qiáng)的細(xì)胞毒性［4］。因此，有效的根管消毒仍是很多學(xué)者們研究的目標(biāo)，光動(dòng)力療法（photodynamic therapy，PDT）是其中的方向之一。

PDT 也被稱為光活化消毒技術(shù)（photo-activated disinfection，PAD），光敏劑選擇性聚集在病理組織中，受到特定波長(zhǎng)的光線照射后處于激發(fā)狀態(tài)，將電子、質(zhì)子或者能量傳遞給鄰近分子，反應(yīng)產(chǎn)生以單線態(tài)氧為代表的一系列毒性活性產(chǎn)物，可以與細(xì)胞或微生物的磷脂、核酸和蛋白質(zhì)等生物大分子反應(yīng)，破壞生物膜結(jié)構(gòu)或其他功能單位，使細(xì)胞或微生物死亡，從而達(dá)到治療效果［5］。

1 PDT 的作用機(jī)制

光敏劑分子可在光激發(fā)后處于三重態(tài)，處于激發(fā)三重態(tài)的活化光敏劑可通過兩種相互競(jìng)爭(zhēng)的途徑誘導(dǎo)相鄰分子產(chǎn)生化學(xué)變化，稱為Ⅰ型和Ⅱ型光化學(xué)反應(yīng)。Ⅰ型光化學(xué)反應(yīng)是指電子（或質(zhì)子）分別轉(zhuǎn)移到氧或其他鄰近分子上，形成一個(gè)自由基陰離子或陽離子。Ⅱ型光化學(xué)反應(yīng)是能量（而不是電子）向分子氧的轉(zhuǎn)移，形成非常活潑的單線態(tài)氧。Ⅰ型和Ⅱ型光化學(xué)反應(yīng)同時(shí)發(fā)生，Ⅱ型光化學(xué)反應(yīng)是大多數(shù)光敏劑殺菌的主要過程［6］。大量研究表明，光源或光敏劑單獨(dú)使用時(shí)對(duì)細(xì)菌或正常組織沒有影響，只有光敏劑和光的結(jié)合才能對(duì)細(xì)菌產(chǎn)生影響［7］。這是一種冷光化學(xué)反應(yīng)，包含3 個(gè)基本要素：光敏劑、光源和氧。

1.1 PDT 的光敏劑

光敏劑是一種對(duì)光敏感但本身無害的藥物，具有從光源吸收能量并將這種能量轉(zhuǎn)移到另一個(gè)分子上的能力［6］。光敏劑分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其更易聚集在生長(zhǎng)旺盛的細(xì)胞中，微生物比正常體細(xì)胞對(duì)光敏劑親和性更強(qiáng)，因此，PDT 可選擇性作用于感染的微生物［8］。抗菌光敏劑主要分為：合成染料、四吡咯結(jié)構(gòu)化合物、天然光敏劑和納米結(jié)構(gòu)光敏劑［9］。理想的光敏劑的特點(diǎn)是：①優(yōu)異的光物理性質(zhì)：高三重激發(fā)態(tài)量子產(chǎn)率、高三重態(tài)能量和高的光穩(wěn)定性；②目標(biāo)組織的高選擇性，具有可調(diào)節(jié)的親水親脂性；③無暗毒性和致突變性，無副作用，PDT 后迅速?gòu)捏w內(nèi)清除；④合成工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉［9］。

合成染料中應(yīng)用于根管消毒的主要是吩噻嗪類化合物，如亞甲基藍(lán)（methylene blue，MB）和甲苯胺藍(lán)（toluidine blue O，TBO）［10］。姜黃素是從姜黃根莖中提取的一種天然光敏劑，作為光敏劑具有很大的潛力，近年來也受到關(guān)注［11］。目前很多學(xué)者研究改進(jìn)光敏劑，期望將PDT 與納米技術(shù)結(jié)合、改良光敏劑配方等方法來提高光敏劑的對(duì)生物膜的滲透能力，提高殺菌效果［12］。

1.2 PDT 的光源

PDT 光源的基本要求是它們的激發(fā)光波長(zhǎng)和光敏劑的吸收光譜匹配，并在該波長(zhǎng)產(chǎn)生足夠的光強(qiáng)度，PDT 才能達(dá)到最佳療效［6］。臨床應(yīng)用于PDT 光源主要有：激光、鹵素?zé)艉桶l(fā)光二極管（light emitting diode，LED）。激光具有單色性和高效率的優(yōu)點(diǎn)，但成本較高，半導(dǎo)體激光器價(jià)格較低且方便可靠，大多數(shù)研究使用半導(dǎo)體激光器［10］。鹵素?zé)敉ㄟ^光譜過濾來匹配光敏劑，但是有效輸出效能較小，產(chǎn)熱較多［13］。近年來，非激光光源LED 開始應(yīng)用于PDT。LED 具有簡(jiǎn)便易攜、成本低廉、安全有效的特點(diǎn)，更有利于PDT 的廣泛開展［14］。

1.3 PDT 根管消毒的優(yōu)點(diǎn)

PDT 的優(yōu)點(diǎn)：①操作簡(jiǎn)單方便，不依賴熱效應(yīng)，不會(huì)灼傷周圍組織；②可以有效處理機(jī)械法難以到達(dá)的解剖區(qū)域（如側(cè)枝根管、牙本質(zhì)小管）；③作用菌譜廣；④能有效殺滅耐藥菌，而且不會(huì)產(chǎn)生耐藥性；⑤僅對(duì)病原微生物產(chǎn)生效應(yīng)，對(duì)根尖周正常宿主細(xì)胞毒性較小；⑥作用時(shí)間短，見效快；⑦舒適、安全、無毒副作用［15］。文獻(xiàn)表明，根尖周炎的牙齒在常規(guī)的PDT 治療后顯示出微生物減少和更好的骨愈合［16］。

2 影響PDT 殺菌效果的因素

從細(xì)菌與光敏劑的相互作用來看，PDT 的有效性主要與3 個(gè)方面有關(guān)：①光敏劑與細(xì)菌膜的相互作用能力；②光敏劑在細(xì)菌內(nèi)的滲透和作用能力；③光敏劑光照下細(xì)菌周圍的活性單線態(tài)氧的形成［15］。故細(xì)菌種類和狀態(tài)、光敏劑、光源、操作環(huán)境和方法的不同，都會(huì)影響PDT 的殺菌效果。

2.1 細(xì)菌的種類

PDT 對(duì)抗生素敏感或耐藥的微生物均有效［17］。一般來說，與革蘭氏陰性菌相比，PDT 對(duì)革蘭氏陽性菌的殺菌效果更好。這種差異可通過其細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)、光敏劑的疏水性和電荷效應(yīng)來解釋。革蘭氏陽性菌細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)是較簡(jiǎn)單多孔的結(jié)構(gòu)，由肽聚糖和磷壁酸形成，有較好的滲透性。革蘭氏陰性菌的細(xì)胞壁更復(fù)雜，由脂多糖、磷脂等若干蛋白質(zhì)形成，形成物理屏障和功能屏障。這一特性使得一般光敏劑更容易擴(kuò)散到革蘭氏陽性細(xì)菌中，從而起到更好的殺菌作用。革蘭氏陽性菌由于細(xì)胞壁中氨基酸和糖的存在，親水性成分容易穿透。革蘭氏陰性細(xì)菌細(xì)胞壁呈現(xiàn)脂蛋白特性，疏水性組分比親水性組分更容易穿透。因此親水性光敏劑在革蘭氏陽性菌中具有較高的滲透性，而疏水性染料在革蘭氏陰性菌中具有更高的滲透性。中性或陰離子化合物如玫瑰紅、赤蘚紅、曙紅、卟啉衍生物等能有效結(jié)合和殺滅革蘭氏陽性細(xì)菌，但在照射后不能有效滅活革蘭氏陰性菌。帶正電荷的染料可能與外膜的多磷酸鹽結(jié)合，并對(duì)脂類和蛋白質(zhì)產(chǎn)生分子損傷，或者直接損傷帶負(fù)電荷的線粒體［13］。因此對(duì)于革蘭氏陽性菌，陽離子和陰離子染料都可使用，對(duì)于革蘭氏陰性菌，陽離子染料更有效。MB 和TBO 是具有兩親性（疏水性和親水性）的陽離子光敏劑，能夠有效滅活革蘭氏陽性和革蘭氏陰性細(xì)菌。

2.2 細(xì)菌的狀態(tài)

生物膜中的細(xì)菌被細(xì)菌外大分子包裹，對(duì)抗生素和宿主免疫防御機(jī)制的抗性很強(qiáng)。故微生物以生物膜形式存在時(shí)比浮游狀態(tài)更難被PDT 殺滅［18］。感染根管內(nèi)存在多物種生物膜，根管系統(tǒng)復(fù)雜，其消毒極具挑戰(zhàn)性。光敏劑對(duì)生物膜的滲透性較低，使生物膜對(duì)PDT 的敏感性降低。光敏劑配方的改進(jìn)可以提高PDT 對(duì)生物膜的抗菌效果［12］。

2.3 光敏劑

光敏劑的種類、濃度、不同的配方設(shè)計(jì)均會(huì)影響對(duì)細(xì)菌的滲透、作用能力及光照射后活性單線態(tài)氧的形成量，從而影響PDT 對(duì)根管消毒的效果。對(duì)比MB 和TBO，吲哚菁綠、姜黃素介導(dǎo)的PDT 對(duì)糞腸球菌的殺菌效果更好［19］。Stojicic 等［18］實(shí)驗(yàn)顯示，30 μmol/L 的MB 比150 μmol/L 的PDT 殺菌效果好。光敏劑增加碘化物［20］、EDTA、檸檬酸、聯(lián)合超聲［21］等對(duì)糞腸球菌的殺菌效果增強(qiáng)，這可能與光敏劑的滲透性增大、分解生物膜、去除玷污層等有關(guān)。目前，光敏劑的種類、濃度、配方的設(shè)計(jì)還未有統(tǒng)一的指南［15］。

2.4 光源

光源的種類、能量劑量會(huì)影響光照射后活性單線態(tài)氧的形成量，從而影響PDT 對(duì)根管消毒的效果。低強(qiáng)度光源的能量不能直接殺死細(xì)菌，但可以激活光敏劑產(chǎn)生毒性活性產(chǎn)物。當(dāng)光源輸出功率非常低時(shí)，光敏劑需要很長(zhǎng)時(shí)間的激發(fā)。PDT殺菌效果隨著光源能量密度的增加而增加，但產(chǎn)熱隨之增高，溫度過高會(huì)導(dǎo)致根尖周組織的損傷。實(shí)驗(yàn)證明，功率為1 W的半導(dǎo)體激光工作30 s，髓腔內(nèi)溫度低于牙髓損傷的臨界閾值5.5 ℃［22］。有研究顯示，低成本的LED 能起到與半導(dǎo)體激光相似甚至更好的PDT 殺菌效果［14］?，F(xiàn)研究應(yīng)用于根管消毒的PDT 光源輸出功率為40～220 mw［10］。實(shí)驗(yàn)證明，在相同光敏劑的情況下隨著激光能量劑量增加，殺菌效果增強(qiáng)［23］。

2.5 PDT 操作環(huán)境和方法

PDT 的應(yīng)用方法是在根管預(yù)備完成后，根管內(nèi)注射光敏劑，光敏劑留在根管內(nèi)預(yù)照射然后將光源放入根管中照射。預(yù)照射時(shí)間指光敏劑注入根管系統(tǒng)至開始光激活的時(shí)間間隔，使光敏劑與細(xì)菌充分接觸、作用。預(yù)輻照時(shí)間為1～15 min［15］。牙本質(zhì)、牙髓組織等會(huì)顯著降低PDT 的抗菌效果，這可能是因?yàn)檫@些物質(zhì)抑制了光敏劑對(duì)細(xì)菌細(xì)胞的作用和降低單重態(tài)氧的半衰期［24］。故PDT 在作用于根管前，充分的機(jī)械預(yù)備和沖洗有利于發(fā)揮PDT 殺菌效果。PDT 冠方的殺菌能力高于根尖區(qū)，MB 在冠方的穿透深度大于根尖區(qū)，這可能與牙本質(zhì)小管的通暢程度有關(guān)［25］。光的照射時(shí)間是PDT殺滅微生物的重要因素。實(shí)驗(yàn)證明，隨著激光照射時(shí)間的增加，細(xì)菌死亡率增加［18］。PDT使用或不使用光纖進(jìn)入根管內(nèi)均起到殺菌作用，這意味著光輸送可能不會(huì)嚴(yán)重影響其抗菌作用［26］。Garcez等［27］建議在用于牙髓治療時(shí)使用光纖，因?yàn)楣饫w可使光沿著根管的分布更加均勻，根尖附近可以得到更好的照射。PDT 運(yùn)用于根管消毒的光纖直徑是200～1 000 μm，照射時(shí)間是10～360 s［10］。超聲激活光敏劑可使光敏劑滲透深度增大，使生物膜中的細(xì)菌分離成浮游細(xì)菌，加強(qiáng)PDT殺菌效果［25］。

3 PDT 的局限性

3.1 粘接

光敏劑是一種粘性物質(zhì)，可形成化學(xué)玷污層，導(dǎo)致牙本質(zhì)小管的閉塞，這可能導(dǎo)致填充材料與根管牙本質(zhì)之間粘接強(qiáng)度降低［28］。Souza 等［29］認(rèn)為使用PDT 根管消毒后，再使用17% EDTA 和QMix 均可提高PDT 治療后根充填材料的粘接強(qiáng)度。Albino 等［30］使用0.01%MB 作為光敏劑，PDT 完成后用AH-plus 糊劑輔助牙膠冷側(cè)方加壓充填，發(fā)現(xiàn)PDT 不影響粘接強(qiáng)度，可用于根管的最終消毒。Menezes 等［31］使用15 μg/mL MB 為光敏劑，發(fā)現(xiàn)PDT 對(duì)AH-plus 輔助牙膠冷側(cè)方加壓充填根管的黏附力和封閉性有影響。姜黃素作為光敏劑，PDT 通常導(dǎo)致機(jī)械性能的改善，并且不會(huì)改變玻璃纖維樁的粘接強(qiáng)度［32］。

3.2 牙變色

當(dāng)使用MB 作為光敏劑時(shí)，牙變色可能是PDT用于根管治療后的一種不良影響［33］。比較0.01%的光敏劑MB、TBO、孔雀綠對(duì)離體根管的影響，發(fā)現(xiàn)三者均可導(dǎo)致牙齒變色，MB 和TBO 顏色變化較?。?4］。目前，還沒有方法能完全去除由MB 光敏劑引起的根管染色，相對(duì)于17%EDTA 和生理鹽水，2.5%次氯酸鈉清除根管染色效果最好［33］。

4 PDT 應(yīng)用于根管消毒的殺菌效果

大量的糞腸球菌感染根管模型實(shí)驗(yàn)證明單獨(dú)使用PDT 可使糞腸球菌計(jì)數(shù)有效減少，但殺菌效果弱于次氯酸鈉，PDT 聯(lián)合次氯酸鈉可提高抗菌效果［15］。也有實(shí)驗(yàn)認(rèn)為，PDT 可達(dá)到與次氯酸鈉相當(dāng)?shù)臍⒕Ч踔脸^次氯酸鈉［35］。有實(shí)驗(yàn)則認(rèn)為，PDT 殺菌效果不明顯，在傳統(tǒng)化學(xué)機(jī)械的基礎(chǔ)上增加PDT 作為輔助，殺菌效果無明顯改善［36］。PDT 在體內(nèi)的研究比較少。Okamoto 等［37］在臨床中對(duì)5 例乳前牙進(jìn)行傳統(tǒng)根管治療的基礎(chǔ)上，PDT 輔助根管消毒，細(xì)菌總數(shù)減少了75.87%，認(rèn)為PDT 是對(duì)兒童牙科傳統(tǒng)根管治療的一種可行的、非創(chuàng)傷性的補(bǔ)充。Asnaashari 等［38］在20 例根尖周炎病例中，證明PDT 和氫氧化鈣作為常規(guī)根管治療的輔助方法均有效，PDT 組比氫氧化鈣組的殺菌率更高。Borsatto 等［39］在60 例犬根尖周炎模型中證明，傳統(tǒng)化學(xué)機(jī)械聯(lián)合PDT 一次性根管治療與傳統(tǒng)化學(xué)機(jī)械一次性根管治療效果無差異，運(yùn)用氫氧化鈣進(jìn)行兩次根管治療效果最佳。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果有時(shí)存在矛盾，原因可能是光敏劑、光源、實(shí)驗(yàn)方法等不同。

5 小 結(jié)

PDT 在體外根管消毒實(shí)驗(yàn)中的有效性已被證實(shí)，雖然有研究認(rèn)為PDT 殺菌效果不如次氯酸鈉，但PDT 對(duì)細(xì)胞基本無毒性、無刺激性，有利于牙髓再生術(shù)和舒適化口腔治療。光敏劑配方設(shè)計(jì)、光源能量劑量和照射最佳時(shí)間等還需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，PDT 在體內(nèi)根管治療中的應(yīng)用也需更進(jìn)一步研究。