不同頻次的鉺激光照射對牙釉質表面影響的實驗研究*

西安交通大學口腔醫院(西安710004)　姜薈薈　種　燕　張　月　黃瑞哲

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不同頻次的鉺激光照射對牙釉質表面影響的實驗研究*

西安交通大學口腔醫院(西安710004)姜薈薈種燕△張月黃瑞哲▲

摘要目的：研究不同照射頻次的鉺激光對牙釉質表面的影響，為鉺激光防齲提供理論依據。方法：采用自身對照的方法，分別用1 Hz，20 J/cm2的鉺激光照射釉質表面1次、3次，掃描電鏡下觀察釉質表面形態結構變化，能譜分析儀記錄釉質內鈣磷原子含量變化。結果：1 Hz，20 J/cm2 鉺激光照射1次后釉質表面釉柱的結構清晰可見，柱間質發生構象改變。照射3次后釉質表面結構粗糙不規則，高低不平，呈坑狀凹陷，形成大量不規則片狀及層狀晶體。兩組鈣磷原子含量較照射前均有所減少，但兩組間差異無統計學意義。結論：不同照射頻次的鉺激光對牙釉質的結構及成分有不同程度的影響。1 Hz，20 J/cm2 鉺激光照射1次對牙釉質的結構及成分影響小。

主題詞牙釉質激光表面特性

由于齲病患病率高，且治療需要花費大量資源，再加上目前對齲病預防還沒有特異性方法，因此探索新的防齲途徑和機制，有著重要的理論和實際價值。早在20世紀60年代就引入了激光防齲，然而傳統的CO2激光、Nd:YAG激光其波長遠小于水和羥基磷灰石的吸收峰值，在應用過程中其能量大部分轉化為熱能，易對組織產生熱損傷，其應用有一定的局限性。而鉺激光是一種波長為2.94 μm的固體脈沖激光，其波長恰好位于水的最高吸收峰值，能有效地降低熱損傷，這是傳統的激光所不具備的。然而激光能量增加會使局部產熱過高，導致釉質表面熔融以及彈坑狀和裂隙的產生，表面粗糙度增加，使細菌滋生從而增加齲病的發生；還可能會影響深處的牙髓組織，使其發生熱變性，造成永久性的損害。激光能量大小與激光的波長、頻率、脈寬、能量密度等參數有關。要達到有效地預防齲病還必須嚴格控制激光的入射參數，使其對深部的牙本質及牙髓不會造成損害，本文研究不同參數與釉質的作用機理，為齲病的預防提供理論依據。

材料與方法

1樣品的選擇與制備收集標本：收集因正畸拔除的新鮮完好的人前磨牙10顆，拔除后立即置于10%的甲醛溶液中，室溫下保存。實驗前1周取出牙齒，清除牙齒表面的牙石、色素及軟組織，截去牙根，用金剛砂輪在牙齒頰面磨出約4 mm×4 mm大小的平面，600目碳化硅砂紙磨平。用金剛砂盤切除牙體其余部分，制成4 mm×4 mm×2 mm大小的長方體形牙釉質塊，將其分為頰、舌兩側。每個標本相同大小的預留面上放置可移動塑料膠帶，然后將整個標本涂指甲油使其完全封閉，待指甲油完全干燥，去掉塑料膠帶，暴露的小窗作為實驗用牙面，待干燥后置于去離子水中保存。

2激光照射釉質標本分為兩組(A組5顆，B組5顆)，A組用頻率為1 Hz能量密度為20 J/cm2的鉺激光照射釉質1次，B組用頻率為1 Hz能量密度為20 J/cm2的鉺激光照射釉質3次，使激光光斑覆蓋在牙釉質面的窗口，兩組樣本分別以自身未照射區域作為空白對照。選用掃描電鏡在 20 kV 下觀察牙釉質表面形態結構，并記錄鈣磷的原子含量。

3統計學方法采用OriginPro8軟件對能譜儀檢測出的鈣磷含量進行積分分析，計算重量百分比，SPSS17.0系統對原子含量進行計算，采用四格表法進行統計學分析，P<0.05為差異有統計學意義。

結果

1掃描電鏡圖正常牙釉質在高倍電鏡下觀察時(500～5000倍)可見由大小相同的圓形、六角形或多角形陷窩排列成整齊峰窩狀結構，多數陷窩內有內容物。本實驗中不同條件下釉質表面形態結構的變化見圖1。激光照射1次后釉質表面結構清晰可見，可見明顯的釉柱形態，柱間質呈熔融狀態，封閉釉柱間隙。激光照射3次后釉質表面有許多大小不同、圓形或多角形陷窩 ，高低不平、模糊不清，還可見少數不規則的、散在的孔隙。

2數據分析實驗數據采用Origin軟件繪制鈣、磷含量的能譜圖，見圖2。用積分方法計算鈣和磷的重量百分比均值，結果見附表。激光照射前后鈣磷含量均有所下降，兩組的鈣磷比分別為A 組是1.755和1.86；B組是1.8768和1.827。可見激光照射后A組有所增加，B組相對有所降低，用四格表法對兩組間鈣磷含量及比值進行分析，結果發現差異無統計學意義。也就是說釉質抗酸性不一定是由于鈣磷比的變化造成的，可能是由于激光照射后礦物質仍舊沉積在牙面表層使脫礦減少所致。

附表　鈣磷原子含量的重量百分比

元素 A組照射前照射后 B組照射前照射后P 28.3824.57 25.2523.34Ca 49.5145.85 47.3942.65總量 100.00100.00 100.00100.00

討論

正常釉質主要由釉柱和釉質間質組成，成熟的釉質主要由無機成分(96% ) 、水分( 4%) 組成， 而其中的有機質含量較少，釉質間質的主要成分為蛋白質。激光照射牙齒后產生熱效應，從而影響牙髓的狀態和牙齒釉質的結構。許多學者認為激光產熱分3個階段：100～650 ℃，650～1100℃，>1100℃。第一階段形成的磷灰石被認為降低了釉質的可溶性，可能是形成了焦磷酸鹽降低了脫礦；第二階段礦物質的重結晶以及晶體的形成，伴有溶解性低的β-TCP(β羥基磷灰石)的生成；第三階段β-TCP 轉變成α-TCP(α羥基磷灰石)，α-TCP為一種不穩定的狀態成分。

本研究采用1 Hz，20 J/cm2鉺激光照射牙面1次時，由于能量密度比較低，產生的熱效應處于第一個階段。電鏡下可見釉柱形態清晰，頭尾相接，柱間質首先發生構象的改變。這主要是由于鉺激光的波長與水的吸收峰值接近，激光的能量大部分被水吸收，水吸收能量后汽化，在局部形成微爆炸，并散發熱量產生高壓，對周圍組織產生影響，尤其是對有機物，由于有機物的分解溫度比較低，大約在350℃左右蛋白質即會發生分解變性，而釉質中的有機物大部分存在于釉柱間質，因此柱間質發生分解、熔融，封閉晶柱間間隙，堵塞了釉質內的傳輸通道，阻擋細菌的侵入，降低了釉質的表層下脫[1]；而采用1Hz，20 J/cm2鉺激光照射3次時，照射頻率的增加，能量增加，表面變得更粗糙、不規則。釉質表面溫度升高，此過程不僅局限于有機物成分，而且對釉質晶體也產生影響，釉質表面呈現高低不平，凹坑狀結構。這可能是由于釉質內水的分布不均勻，激光能量增加，釉質表面產生的微爆炸以及氣流反沖壓等增加，使牙體表面形態變的粗糙、不規則[2]，增加了與酸的接觸面積，容易導致表層下脫礦的增加。

本實驗的鈣磷含量下降是由于熱效應處于第一階段，當溫度處于200～400 ℃時CO2的吸收逐漸增加，導致碳的含量增加，由此鈣磷的相對含量減少。350 ℃左右蛋白質分解，蛋白質的分解過程可以阻斷鈣的擴散通路，減少鈣的丟失，當溫度超過350 ℃隨著有機物的分解這種阻斷效應下降。正常釉質內鈣磷比例接近羥基磷灰石的水平約1.67，本實驗結果高于正常值的原因可能是由于同一釉質不同部位以及不同釉質間本身鈣磷含量的差異比較大、樣本量較少所致。研究表明，鉺激光照射后鈣磷含量的增加在統計學上沒有顯著性差異，激光對釉質的防齲作用是由于礦物質仍舊沉積在牙面表層脫礦減少所致[3-4]。王冠宇等[5]認為激光處理后的牙齒表面沉積的再礦化結晶較少，礦物質損傷少，脫礦程度輕，另外，Correa-Afonso等[6]認為釉質表層脫礦降低是由于有機基質的改變。石茂渝認為激光照射后釉質抗酸性增強，但耐磨性減弱[7]。

由以上分析可知，利用激光防齲，重點在于控制激光的參數，使其達到最佳的防齲效果，并減少對牙體組織的熱損傷。要達到上述目的，首先要減少熱效應的產生，降低釉質表面的脫礦，降低釉質的溶解性，抵抗酸的侵蝕。Díaz等[8]指出激光照射后會增加對鈣的吸收，使鈣磷比例升高，并且激光照射使釉質表面熔融并封閉孔隙，使滲透減少降低脫礦，增強抗酸性。

由我們的實驗可以看到：低能量的激光照射后，釉柱形態清晰，柱間質首先發生構象的改變。這主要是由于鉺激光的波長與水的吸收峰值接近，激光的能量大部分被水吸收，水吸收能量后汽化，在局部形成微爆炸，并散發熱量產生高壓，對周圍組織產生影響，尤其對有機物，而釉質中的有機物大部分存在釉柱間質，因此柱間質發生分解、熔融，封閉晶柱間間隙，阻擋細菌的侵入，另一方面阻斷了鈣離子的擴散通路，降低了釉質的表層下脫礦；能量增加，使釉柱及釉質間質均發生分解，釉質晶體結構發生改變，表面變得更粗糙、不規則。這可能是由于釉質內水的分布不均勻，激光能量增加，釉質表面產生的微爆炸以及氣流反沖壓等增加，使牙體表面形態變的粗糙、不規則，而且當溫度超過400oC有機物質完全分解，鈣離子的阻斷效應受到影響，表層下脫礦增加，容易導致齲病的發生[9]。

結論：本文采用不同照射頻次的鉺激光照射牙釉質，研究了激光處理對釉質結構和成分的影響規律。發現照射次數少，激光在牙釉質中沉積的能量適當，在不改變或較少改變牙釉質有機成分的情況下，增加牙釉質的鈣磷比，減小牙釉質病變中酸蝕過程的速率，增強牙釉質的再礦化能力及抗酸性。照射次數多，激光在牙釉質中沉積的能量增多，會改變牙釉質的有機成分，增加牙釉質病變中酸蝕過程的速率，降低牙釉質的再礦化能力及抗酸性。在未來，將提取更多的牙釉質樣本，研究不同激光能量密度、不同激光頻率和不同照射次數對牙釉質再礦化能力及抗酸性的影響規律和作用機制，得到可用于臨床的激光防齲適宜參數。

參考文獻

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[9]馬瑩瑩.不同功率對HMME-PDT防齲效果及影響的實驗研究[D].天津：天津醫科大學，2011.

(收稿：2015-05-20)

【中圖分類號】R780.1

【文獻標識碼】A

doi：10.3969/j.issn.1000-7377.2016.02.006

*西安市科技局項目(J2011006)

△西安市第二醫院口腔科

▲通訊作者