GaAlAs半导体激光治疗牙本质过敏症的研究进展

陈 曦，霍丽珺

(昆明医科大学附属口腔医院牙体牙髓病科，昆明 650106)

牙本质过敏症是一种常见的口腔疾病症状，患者不适感明显、治疗效果差。由于暴露的牙本质受到化学、热、触觉或渗透性刺激而产生的牙本质短促而尖锐的反应，且不能解释为其他特定原因引起的牙体缺损或病变[1]。目前，牙本质过敏症的病因尚不明确，大多数学者认可的流体动力学理论认为，牙本质小管暴露后，外界刺激引发牙本质小管内液体的异常流动导致神经纤维兴奋而产生痛觉[2-3]。因此，封闭暴露的牙本质小管对于治疗牙本质过敏症至关重要[4]。

目前，药物脱敏在临床上应用最多，其作用机制为通过机械阻塞降低牙本质敏感，如牙本质黏结剂、硝酸银、氟化钠、氟化亚锡、生物活性玻璃和硝酸钾等[5]。由于仅在牙齿表面形成一薄层封闭物，不易抵抗咬合、机械刷洗等物理作用，导致治疗效果不佳或仅能维持短期疗效，常需多次用药[6]。

1985年，激光首次被用于牙本质过敏症的治疗[7]。根据能量的高低，目前常用于治疗牙本质过敏症的高能量输出激光有钕：钇-铝石榴石激光、铒：钇-铝石榴石激光、铒，铬：钇-钪-镓石榴石激光、二氧化碳激光；低能量输出激光有氦-氖激光、半导体激光，波长632.8 nm(氦-氖激光)～10 600 nm(铒：钇-铝石榴石激光、二氧化碳激光)[8]。其中，半导体激光器因波长范围广、重量轻、体积小、容易操作等特点而被广泛研究。最常用铝(Al)-镓(Ga)-砷(As)半导体激光治疗牙本质敏感。现就GaAlAs半导体激光应用于牙本质过敏症的研究进展、作用机制以及影响脱敏效果的因素等予以综述。

1 GaAlAs半导体激光治疗牙本质过敏症的实验基础

最初半导体激光的应用仅限于砷化镓系统，在其发展早期，芯片过热导致砷化镓系统很难在连续波模式下长时间运行。随后，使用水性GaAlAs晶体的新芯片可产生720～904 nm的各种波长，所有波长均在红外光谱范围内，可以产生连续波，且不会过热。GaAlAs半导体激光属于低功率激光，介质主要由Al、Ga、As等元素组成，以发射能量低、温度上升幅度小于0.1 ℃、刺激循环和细胞活性为特点。

Gojkov-Vukelic等[9]应用半导体激光作用于18例患者共82颗敏感牙齿的牙颈部，使用视觉模拟量表，3次治疗后分别评价牙本质的敏感程度显示，牙颈部对触觉刺激的敏感度显著降低。Raichur等[10]比较半导体激光(940 nm)与氟化亚锡和硝酸钾凝胶治疗牙本质过敏症疗效的研究表明，激光组治疗前和治疗后1周的疼痛评分差异最大。Praveen等[11]通过视觉模拟量表评价和比较半导体激光和戊二醛治疗牙颈部敏感的临床疗效发现，治疗后1周和3个月随访时，激光组平均视觉模拟量表评分显著低于戊二醛组。Pesevska等[12]比较半导体激光与传统氟化物治疗洁刮治术后牙本质过敏症治疗效果的研究发现，在第3次随访时，86.6%的激光治疗患者完全无疼痛，而只有26.6%的氟化物治疗患者完全无疼痛。Patil等[13]通过体外试验观察半导体激光与0.33%氟化钠凝胶对牙本质小管的封闭效果的扫描电镜结果显示，氟化钠凝胶组开放小管数量占51.32%，而激光组仅为31.1%。Reddy等[14]比较了半导体激光与脱敏牙膏对牙本质小管封闭效果的扫描电镜显示，脱敏牙膏处理组牙本质小管封闭率明显低于半导体激光照射组，后者的牙本质小管口大部分被封闭，且出现牙本质熔融现象。

Matsumoto等[7]发现，经半导体激光治疗后，85%牙本质过敏症的敏感牙齿得到改善。Yamaguchi等[15]的研究发现，激光治疗组接受30 mW的GaAlAs半导体激光(790 nm)照射后，有效改善指数为60%，而空白对照组未接受任何治疗，有效改善指数为22.2%。Gerschman等[16]通过，以视觉模拟评分为指标评价GaAlAs半导体激光(830 nm)脱敏效果的双盲试验显示，实验组(激光输出功率为30 mW)对热刺激和触觉刺激的灵敏度分别下降了67%和65%，而对照组(输出功率仅为0.1 mW)对热刺激和触觉刺激的灵敏度分别降低了17%和21%。Ladalardo等[17]的研究表明，半导体激光具有即刻镇痛的效果。

2 GaAlAs半导体激光应用于牙本质过敏症的作用机制

GaAlAs半导体激光属于近红外线固态激光，以连续波模式或脉冲模式输出能量。有研究表明，半导体激光输出功率的范围不同，其治疗牙本质过敏症的机制也不同，高功率激光通过熔融管周牙本质发挥效能，而低功率激光则通过抗炎作用以及增加成牙本质细胞的细胞代谢活性发挥作用[18]。

2.1介导与神经传导抑制有关的镇痛作用 半导体激光可抑制抑制轴突的快速流动和牙髓内C类神经纤维传入的去极化，阻断了牙髓神经的痛觉传导，从而缓解牙本质敏感引起的慢性持续性疼痛，并非传统脱敏治疗所引起的暴露牙本质表面的改变。Cotler等[19]发现，激光发射足够的能量时，通过抑制动作电位在照射后10～20 min内大约形成30%的神经阻滞。

2.2光动力生物调控效应 除直接镇痛作用外，激光与牙髓的相互作用会产生光生物调节效应，增加成牙本质细胞的代谢活性，随着修复性牙本质的形成而封闭牙本质小管[17]。激光发射能量后会刺激正常的生理细胞，随后，牙髓组织的损伤和炎症减少，从而最大限度地减少疼痛，并减轻炎症过程。Rizzante等[20]通过X线能谱对经半导体激光照射后的牙本质分析发现，钙离子和磷离子比例增加，表明激光处理后牙齿表面成分发生了改变，可能是由于修复性牙本质形成导致开放的牙本质小管数目减少，钙盐大量沉着，又进一步堵塞牙本质小管，阻止小管内的液体流动，使牙齿脱敏。

2.3半导体激光的热效应 黑色素中半导体激光的吸收率高，将牙本质片表面涂黑后，激光的能量转化为热能，瞬间产生高热，使牙本质小管熔融，通透性降低，从而缓解牙齿敏感引起的疼痛，此即半导体激光的热效应。Liu等[21]利用半导体激光(980 nm)的热效应，通过体外试验对不同参数照射后牙本质超微结构变化的研究，观察成牙本质细胞和牙髓组织的形态变化，以确定最适的能量参数；通过构建体外牙本质敏感模型，实验组照射参数分别设置为2 W/CW、166 J/cm2；3 W/CW、250 J/cm2；4 W/CW、333 J/cm2，结果显示，2 W/CW、166 J/cm2能有效封闭暴露的牙本质小管，且对成牙本质细胞和牙髓组织无损伤；扫描电镜照片显示，对照组牙本质表面光滑，牙本质小管开放，分布均匀，直径为2～5 μm；2 W/CW组牙本质表面熔融，未见裂缝和凹坑，牙本质小管大部分被封闭，直径为0～2 μm；3 W/CW组牙本质表面熔融程度增加，可观察到小管的双层结构；4 W/CW组牙本质表面全部熔融，管周牙本质似鳞片。临床上，常采用2B铅笔涂黑牙面敏感部位的方法，将半导体激光的能量转化为热能集中于牙面表层，最大限度地熔融牙本质小管，以达到理想的脱敏效果。

3 影响GaAlAs半导体激光脱敏效果的因素

3.1激光的参数设定 不同波长的半导体激光可产生不同的作用，如抗炎、镇痛和组织愈合等。目前，主要有3种波长(780 nm、830 nm和900 nm)的GaAlAs激光被用于脱敏治疗，具体参数设置为，波长780 nm的GaAlAs激光，输出功率30 mW、照射时间0.5～3 min，治疗效果85%～100%；波长830 nm的GaAlAs激光，输出功率20～60 mW、照射时间0.5～3 min，治疗效果30%～100%；波长900 nm的GaAlAs激光，输出功率2.4 mW、照射时间2.5 min，治疗效果73.3%～100%[22]。

Ladalardo等[17]采用波长为660 nm和830 nm的半导体激光照射40颗牙颈部暴露的牙齿，分别于治疗前、照射后15 min和30 min以及治疗结束后15 d、30 d和60 d进行随访发现，波长为660 nm的半导体激光比830 nm的更有效，且照射15 min和30 min后的脱敏效果更好。Lopes等[23]对不同剂量半导体激光脱敏效果的研究发现，与高剂量(参数为100 mW、90 J/cm2、11 s、810 nm)相比，低剂量(参数为30 mW、10 J/cm2、9 s、810 nm)半导体激光治疗可更快地减轻疼痛，但两种方法的长期疗效无差异。Hashim等[24]使用810 nm、0.5 W的半导体激光对5例牙本质过敏症患者的14颗牙齿分别照射30 s和60 s，照射后15 min显示，30 s暴露时间组疼痛明显减轻，60 s暴露时间组疼痛完全消失。

此外，有研究表明，GaAlAs激光设定的最大能量(5 J/cm2)与最小能量(3 J/cm2)输出的脱敏效果无明显差异。Marsilio等[25]为了评估制造商推荐最大和最小能量的半导体激光治疗牙本质过敏症的疗效，分别采用3 J/cm2和5 J/cm2的GaAlAs半导体激光对25例患者共106颗敏感牙齿照射6次，每次间隔72 h，随访60 d后，两种不同能量组的疼痛值无显著差异。

3.2与脱敏剂的联合应用 半导体激光的使用分为直接法和间接法两种形式，直接法为单独应用激光照射牙面，间接法为激光照射前先使用某种化学试剂涂抹牙面。目前，激光联合药物治疗牙本质过敏症已成为研究热点，两者联用形成优势互补，通过协同堵塞作用增加封闭率和封闭深度，从而增强脱敏效果。Miglani等[26]认为，激光联合应用氟化物可以形成氟化钙晶体，并沉积于开放的牙本质小管上，从而增加了封闭牙本质小管的可能。Suri等[27]采用视觉模拟量表对半导体激光与5%氟化钠单独以及联合应用治疗牙本质过敏症的疗效对比，通过触觉和吹风刺激对30例牙本质过敏症患者的120颗牙齿进行评估发现，两者联合应用的疗效显著优于单独使用。Tevatia等[28]的研究表明，与半导体激光相比，半导体激光与5%硝酸钾凝胶协同应用更有效；并认为激光可以引起牙本质表面轻微熔化并迅速封闭暴露的牙本质小管，硝酸钾凝胶则用于减轻疼痛的辅助治疗。

激光与药物联用并不能增强脱敏效果。Raut等[29]为了比较半导体激光与0.4%氟化亚锡治疗皮瓣术后根敏感的效果，以视觉模拟量表和口头评分量表对疼痛进行评分的随机对照临床试验表明，治疗15 min、15 d、30 d的半导体激光联合应用氟化亚锡组与单独应用半导体激光组的治疗效果无显著差异，可能与该试验所用氟化亚锡浓度过低，不足以形成钙化屏障，且疼痛评分存在误差有关。

4 GaAlAs半导体激光应用于牙本质过敏症的安全性保障

激光的能量施加不当会对牙髓产生不利的热效应，应谨慎操作。有研究表明，当髓腔温度升高5.5 ℃时，牙髓组织的活力丧失15%；如果温度升高11 ℃，60%的牙髓组织坏死[30]。由此可见，能量与牙髓组织的健康的关系密切。髓腔压力和温度随激光能量的增加而升高。成牙本质细胞位于髓腔近牙本质侧，在牙髓防御反应中起重要作用。因此，成牙本质细胞可能是最先接触辐射能量而被破坏的细胞。

Sicilia等[31]的研究指出，波长<780 nm、输出功率<30 mW、照射时间<3 min的情况下，半导体激光对牙髓无损害。Arrastia等[32]的体外研究表明，当半导体激光参数设置为780 nm、30 mW(连续波)和830 nm、60 mW(连续波)以及900 nm、10 W(脉冲)时，激光照射不会导致髓腔内温度显著升高。有研究显示，功率为60 mW的半导体激光照射牙齿时不会影响牙釉质或牙本质的表面形态，但激光能量的一小部分会通过牙釉质或牙本质传输到牙髓组织[22]。Umana等[33]通过体外试验评估不同参数下(810 nm和980 nm)半导体激光对牙本质表面的影响，输出功率分别设置为0.8 W、1 W、1.6 W和2 W，扫描电镜分析表明，0.8 W和1 W的半导体激光照射引发牙本质小管阻塞或变窄，但不会导致裂缝或裂纹；牙髓温度测量表明，连续模式下功率为0.8 W和1 W的半导体激光照射时间为10 s时，牙髓温度升高不超过2 ℃，故认为，连续使用10 s的功率为0.8 W或1 W的半导体激光(810 nm和980 nm)能够有效封闭牙本质小管，且不对牙髓造成损伤。

5 小 结

GaAlAs半导体激光作为一种新型脱敏技术的临床应用，使牙本质过敏症的临床症状得到有效缓解，远期效果良好，获得了广大医师的认可和患者的普遍接受。对GaAlAs半导体激光作用原理和效果的研究，使该技术不断细化和完善，基于相关作用机制，常采用激光与脱敏药物联合的方法来加强脱敏效果，但由于半导体激光自身的热效应，术者需严格掌握工作参数、操作手法和作用时间，以避免造成牙髓损伤，从而达到满意的效果。目前，不同学者对GaAlAs半导体激光脱敏工作参数的研究结果不同，有待进一步的临床及体外研究。期待早日达成有关GaAlAs半导体激光治疗牙本质过敏症的研究共识，以便更好地指导临床工作。