半导体激光运用于口腔正畸治疗的研究进展

刘竹子，徐宇红

(遵义医科大学第五附属(珠海)医院口腔科，广东 珠海 519000)

在我国错颌畸形发病率高，接受正畸治疗的患者数量众多。正畸治疗在矫治错颌畸形的同时具有一定的局限性，如治疗时间过长、牙齿的移动伴随着疼痛、矫治力的施加可能造成牙根吸收、易产生口腔溃疡等，如何克服这些问题成为正畸医师关注的焦点。激光由于其热效应、切割及凝结性能、杀菌性能、降低疼痛等特性，被广泛运用于临床各学科的疾病治疗[1]。目前临床常使用的激光包括用于组织切割和脱敏的CO2激光、用于根管消毒和根尖手术的Er：YAG激光、用于蚀刻和牙周治疗的Nd：YAG激光、用于口腔软组织手术和牙齿漂白的磷酸钛氧钾激光以及半导体激光。自半导体激光器产生以来就被广泛运用在通信、印刷及医学领域。医用半导体激光多为低能量激光，但高能量激光也有涉及。在口腔方面，半导体激光被用于改进手术后切口的愈合[2]、降低牙周刮治和根面平整后的炎症水平[3]、促进颌骨改建[4]，还对口腔内组织具有镇痛、生物调节、减少炎症等作用[5]。半导体激光在口腔黏膜病、牙体牙髓病、牙周病等方面已有广泛的运用，但在口腔正畸方面的报道相对较少。现就半导体激光在口腔正畸治疗中的临床运用及研究进展予以综述。

1 加快正畸牙的移动速度

正畸治疗可能持续2～3年，过长的治疗时间会显著降低患者的依从性，并带来其他诸多不良反应，如何缩短正畸疗程受到人们的关注。目前已经有很多方法被尝试用于加速正畸治疗进程，包括减少矫治器摩擦力、使用骨支抗等。牙周辅助加速成骨正畸治疗(periodontally accelerated osteogenic orthodontics，PAOO)产生的局部加速现象可以有效地持续加速正畸牙的移动，但PAOO作为一种侵入性手术，术中和术后会带来疼痛、肿胀等问题，限制了PAOO在临床的广泛运用[6]。其他加速牙齿移动的方法还包括局部注射药物、激光、超声波、机械振动、微生物电流等，而激光照射是最能体现无创化、舒适化治疗理念的一种方法。

半导体激光(940 nm，100 mW，GaAlAs激光)能够增加大鼠牙齿移动速度，提高细胞核因子κB受体活化因子(receptor activator of nuclear factor kappa B，RANK)、核因子κB受体活化因子配体(receptor activator of nuclear factor kappa B ligands，RANKL)、骨保护素(osteoprotegerin，OPG)以及Runx2基因的表达，促进正畸牙受力移动过程中的颌骨组织改建[7]。Cifter等[8]的研究同样显示，大鼠在接受半导体激光(830 nm，100 mW，GaAlAs激光)照射后，牙齿的移动速度在全部时间点均高于对照组，且RANKL和OPG的表达显著高于对照组。在临床试验方面，Sedky等[9]和Varella等[2]均证明，接受半导体激光照射患者的龈沟液内RANKL和白细胞介素(interleukin，IL)-1β的含量均显著升高。OPG、RANK和RANKL信号通路在骨改建过程中起着重要作用，与破骨细胞和成骨细胞的功能息息相关[10]，这可能是半导体激光促进颌骨改建、提高正畸牙移动速率的机制之一。值得注意的是，激光可以加快牙齿移动速度，但牙齿的移动速度与激光照射功率并不完全呈正相关，提示激光可能会对口腔内组织产生潜在的危害[11]。还需进一步明确激光对人体组织的作用机制，确定产生最佳效果的激光使用参数。

2 降低疼痛

疼痛是正畸治疗中最常见的不良反应，放置分牙簧、施加矫治力、拆除矫治器等操作均会给患者带来疼痛不适感。据报道，疼痛在患者接受正畸治疗前的恐惧因素中排名第四[12]。8%～30%的患者因为疼痛而放弃正畸治疗[13]。正畸治疗产生疼痛的机制可能是矫治力作用于牙齿，牙周膜细胞释放组胺、5-羟色胺、前列腺素E2、白三烯等物质，从而引发疼痛反应[14]。目前已有不少关于减少正畸疼痛的手段，如口服非甾体抗炎药、麻醉凝胶、激光疗法以及机械振动等。与其他方法相比，激光具有使用方便、不良反应小等优点。半导体激光(940 nm，200 mW，GaAlAs激光)照射可以显著减少患者放置弹性分牙簧后感觉到的咀嚼痛和持续性疼痛[15]。Lo Giudice等[16]研究显示，使用半导体激光(980 nm，1 W)照射后，患者放置正畸初始弓丝感受到疼痛的剧烈程度和持续时间均显著降低，且牙列的拥挤度与激光照射后疼痛降低的程度无显著相关性。另外，运用半导体激光(635 nm，400 mW)可以减少上颌扩弓时产生的疼痛[17]。Qamruddin等[18]研究显示，半导体激光(940 nm，100 mW，7.5 J/cm2，GaAlAs激光)可以减少正畸牙受力时产生的疼痛，并显著加速牙齿移动。

从技术层面讲，激光的干预措施在研究中尚无统一标准，因此，半导体激光在同一方面出现相反的研究结果可能是由于非标准化的激光使用方式所致。激光波长、功率、照射频率均可能对试验结果产生影响，导致最终结论不同。波长大小影响激光的穿透性，且波长大的激光不太可能产生直接的光化学效应，能量也较低，因而不能产生热效应；另外，功率和激光照射的频率也会影响照射组织吸收的总能量[19]。例如，同样是研究半导体激光对下颌第一磨牙放置弹性分牙簧后疼痛的影响，Gupta等[15]的研究显示，激光(940 nm，200 mW，GaAlAs激光，4 J/次，共16 J)照射后疼痛显著减轻；而Martins等[20]的研究则显示，激光(830 nm，100 mW，GaAlAs激光，3 J/次，共24 J)照射前后疼痛比较差异无统计学意义(P=0.132)；两者除了激光的波长、功率与照射时间不同外，其他的试验条件均类似，研究结果却不一致，除临床异质性外，还应考虑激光参数造成的异质性。以目前的研究水平，还不能明确临床使用激光的推荐参数。

3 促进溃疡愈合

正畸过程中托槽、弓丝、牵引钩、结扎丝等可能造成唇颊黏膜溃疡，使患者产生疼痛不适感，影响讲话发音，产生对治疗的不满情绪。除了使用自锁托槽、结扎圈、正畸保护蜡等方法外，激光照射也能减少疼痛，促进溃疡愈合。激光(660 nm，5 J/cm2，GaAlAs激光)能抑制牙周膜细胞内肿瘤坏死因子-α、IL-1β、IL-6和IL-8的表达，并增加细胞内环腺苷酸的浓度；另外，成纤维细胞在接受激光照射后，血管内皮生长因子表达显著升高，证明激光照射具有促进血管增殖、降低炎症反应的作用[21]。口腔黏膜炎大鼠接受半导体激光(810 nm，300 mW，18.75 J/cm2)照射后，血小板衍生生长因子BB和碱性成纤维细胞生长因子的表达水平均显著升高[22]。激光对成纤维细胞有显著的增殖作用，可促进溃疡愈合，对于正畸创伤性溃疡来说，半导体激光可以减轻黏膜炎症反应，加速组织修复，是一种减轻溃疡疼痛、促进愈合的有效方法[23]。

4 减少牙根吸收

正畸导致的牙根吸收被认为是一种由牙齿移动导致的不可避免的病理性结果，是破骨细胞在清除受压液化坏死的牙周组织时引起的附加效应[24]。约91%的牙齿在正畸中发生吸收致使牙根变短[25]。牙根吸收的程度与正畸治疗时间的长短、牙根发育状况、牙齿移动类型以及施力大小和方向等均有关。

半导体激光可以减少正畸牙牙根的吸收，加速牙齿移动，促进骨质形成[5,26-27]。动物实验证明，使用半导体激光(810 nm，100 mW，75 J/cm2，GaAlAs激光)照射后实验组大鼠的牙齿移动量大于未照射对照组，受力牙齿远中颊根表面的吸收凹陷体积显著小于对照组，同时实验组颌骨张力侧有更明显的骨质形成[5]。其他报道显示，激光能够减少正畸牙牙根吸收[26-27]。但Ang Khaw等[28]的研究指出，目前尚不能认为激光(660 nm，75 mW，3.6 J/cm2，GaAlAs激光)对正畸导致的牙根吸收有修复作用。半导体激光能否减少正畸源性牙根吸收以及有效的激光参数，还有待进一步的研究。

5 辅助牙周病正畸

半导体激光对慢性牙周炎的治疗有效[29]。半导体激光(810 nm，250 mW)可以提高牙龈成纤维细胞中碱性成纤维细胞生长因子的表达，而碱性成纤维细胞生长因子在牙周组织再生中占有重要地位，这可能是半导体激光促进牙周组织再生的原因之一[30]。Ren等[31]的临床随机对照试验显示，半导体激光(940 nm，8.6 J/cm2)可以显著降低有牙周病损正畸患者龈沟液中IL-1β、前列腺素E2和神经肽P物质的水平，缓解由正畸所致的疼痛，降低牙周组织炎症程度。半导体激光对于存在牙周病损的正畸患者是一种有效的辅助治疗手段。

6 提高种植体的稳定性

自骨支抗系统被发明以来就在复杂病例的矫治中担任重要角色。微种植体具有诸多优点，如降低患者配合需求度、提供最大骨支抗、便于操纵以及容易植入和取出，但如何维持种植体稳固是临床医师面临的挑战。

动物实验证实，半导体激光照射可以增加钛种植体与骨的接触面积，帮助形成更好的骨结合[32]。半导体激光运用于种植体周围黏膜，可有效控制炎症，减少牙龈出血[33-34]。然而，激光是否能增加种植体稳定性还存在争议。Osman等[35]的临床试验显示，半导体激光(910 nm，700 mW，42 J/cm2)可显著减轻种植体周围牙龈的炎症程度，且半导体激光也可减少种植体的活动度，但数据差异无统计学意义(P=0.1592)，还需进一步研究。

7 软组织切割成形

血红蛋白对半导体激光的吸收度很高，特别是氧合血红蛋白，而羟磷灰石晶体对半导体激光的吸收度很低[36]。半导体激光作用于软组织时，会发生一系列的反应，包括组织的热效应、分解、凝固、蛋白质变性及脱水，最终发生汽化、组织消失或者被切割，并有止血的作用；相比手术刀，激光可以更容易地切割，更精确地重塑口腔内软组织的形态，具有出血量少、疼痛感低、基本无需缝合的优点[37]。虽然电刀切割同样出血量少，但由于电刀切割时附带热损伤，可能造成牙龈及口腔黏膜下方的骨膜和牙槽骨坏死，存在延迟切口愈合的风险[38]。适当使用激光，不仅具有减少出血、术野清晰的优点，还可以减少术中和术后的疼痛，促进切口愈合，增加组织再生。

正畸治疗患者佩戴托槽后，由于菌斑堆积、口腔内菌群改变等，导致牙龈肿胀增生，肥大的牙龈进一步妨碍口腔卫生的维持，造成美观方面的问题，并且影响牙齿移动，增加矫治后复发率[39]。常见处理方法为口腔卫生宣教和龈上洁治，广泛的、难以消除的牙龈增生往往需要手术切除。半导体激光可用于切除增生的部分牙龈，帮助维持口腔健康。激光切除多余的牙龈同样能帮助暴露萌出不足的牙冠，辅助准确地定位和黏接托槽[40]。在治疗过程中或者去除托槽结束矫治时，正畸医师常发现个别牙齿不符合微笑美学，原因可能是牙冠高度过短、龈缘形态不佳、牙齿长宽比例不协调以及龈乳头肿胀等，为了美观，患者可能需要接受冠延长或牙龈成形术。当患者美观要求高或需要精确细微的修复时，由于术野清晰、出血量少、便于精确操作，激光是较传统手术刀片更好的选择[41-42]。

8 暴露埋伏牙

半导体激光也可运用于埋伏牙的暴露。上颌尖牙的阻生率约为0.92%，是口腔内除了第三磨牙以外埋伏率最高的牙齿[43]。上颌埋伏尖牙约有85%是腭侧阻生，15%为颊侧阻生，准确定位阻生牙的方向和位置非常重要[44]。对于埋伏牙，常见的正畸处理方法是定位埋伏牙位置后，从唇颊侧或者腭侧切开翻瓣，暴露埋伏牙牙冠并黏接矫治器后进行开放式或闭合式牵引。传统方法是使用手术刀片切开翻瓣，导致大量出血，而黏接正畸附件时需要一个干燥清洁的环境，从手术切口渗出的血液会污染处理过后干燥的牙面，提高矫治器的脱落率。一旦黏接的矫治器在治疗过程中脱落，患者不得不忍受痛苦，重新接受一次暴露埋伏牙的手术 。

当埋伏牙位置比较表浅时，或是已经通过其他方法使埋伏牙牙冠位于表浅位置时，推荐使用半导体激光照射埋伏牙区域后，再切除周围软组织暴露牙冠，黏接矫治器加力牵引[45]。使用激光照射后，患者疼痛感降低，而且出血量显著减少，有利于黏接矫治器，降低脱落率[46]。但半导体激光在暴露埋伏牙方面的运用存在局限性，不适用于完全被骨质覆盖的埋伏牙，对于完全埋于骨组织的牙齿，仍然需要翻起颊侧或腭侧黏骨膜，去除覆盖骨组织暴露牙冠[40]。

9 小 结

半导体激光具有止血、减少疼痛、控制炎症、促进组织再生等优良性能，可以提升患者的就诊体验，提高治疗效率，促进牙龈美学，在口腔医学领域有广泛的应用前景。激光对人体的治疗机制和治疗效果目前尚不明确。虽然功效众多，但在已有的研究中，半导体激光也显示出了一些不足。例如，半导体激光对降低正畸治疗产生的疼痛效果不如机械振动[47]，在加速牙齿移动、促进颌骨改建方面效果不如骨皮质松解术[8]。由于半导体激光用于口腔疾病治疗的时间较短，对其机制和功能方面的研究还不完善，缺乏足够的证据支撑其疗效，且目前尚无统一的使用参数和操作准则，因此激光在正畸方面的运用和使用规范还有待进一步研究。