李美美， 黃紋祺， 陳柯， 徐帥妹， 熊華翠

1. 暨南大學口腔醫(yī)學院，廣東 廣州（510632）； 2. 南方醫(yī)科大學口腔醫(yī)院海珠廣場院區(qū)兒童口腔科，廣東 廣州（510120）； 3.南方醫(yī)科大學口腔醫(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為微生物因素導致失?。?］。次氯酸鈉以其高效殺菌、溶解有機組織等突出性能，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，接觸會導致軟組織損傷甚至氣道受損，有很強的細胞毒性［4］。因此，有效的根管消毒仍是很多學者們研究的目標，光動力療法（photodynamic therapy，PDT）是其中的方向之一。

PDT 也被稱為光活化消毒技術（photo-activated disinfection，PAD），光敏劑選擇性聚集在病理組織中，受到特定波長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，可以與細胞或微生物的磷脂、核酸和蛋白質(zhì)等生物大分子反應，破壞生物膜結構或其他功能單位，使細胞或微生物死亡，從而達到治療效果［5］。

1 PDT 的作用機制

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爭的途徑誘導相鄰分子產(chǎn)生化學變化，稱為Ⅰ型和Ⅱ型光化學反應。Ⅰ型光化學反應是指電子（或質(zhì)子）分別轉移到氧或其他鄰近分子上，形成一個自由基陰離子或陽離子。Ⅱ型光化學反應是能量（而不是電子）向分子氧的轉移，形成非?；顫姷膯尉€態(tài)氧。Ⅰ型和Ⅱ型光化學反應同時發(fā)生，Ⅱ型光化學反應是大多數(shù)光敏劑殺菌的主要過程［6］。大量研究表明，光源或光敏劑單獨使用時對細菌或正常組織沒有影響，只有光敏劑和光的結合才能對細菌產(chǎn)生影響［7］。這是一種冷光化學反應，包含3 個基本要素：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移到另一個分子上的能力［6］。光敏劑分子的結構特點使其更易聚集在生長旺盛的細胞中，微生物比正常體細胞對光敏劑親和性更強，因此，PDT 可選擇性作用于感染的微生物［8］?？咕饷魟┲饕譃椋汉铣扇玖?、四吡咯結構化合物、天然光敏劑和納米結構光敏劑［9］。理想的光敏劑的特點是：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 后迅速從體內(nèi)清除；④合成工藝簡單、價格低廉［9］。

合成染料中應用于根管消毒的主要是吩噻嗪類化合物，如亞甲基藍（methylene blue，MB）和甲苯胺藍（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，近年來也受到關注［11］。目前很多學者研究改進光敏劑，期望將PDT 與納米技術結合、改良光敏劑配方等方法來提高光敏劑的對生物膜的滲透能力，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)光波長和光敏劑的吸收光譜匹配，并在該波長產(chǎn)生足夠的光強度，PDT 才能達到最佳療效［6］。臨床應用于PDT 光源主要有：激光、鹵素燈和發(fā)光二極管（light emitting diode，LED）。激光具有單色性和高效率的優(yōu)點，但成本較高，半導體激光器價格較低且方便可靠，大多數(shù)研究使用半導體激光器［10］。鹵素燈通過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 開始應用于PDT。LED 具有簡便易攜、成本低廉、安全有效的特點，更有利于PDT 的廣泛開展［14］。

1.3 PDT 根管消毒的優(yōu)點

PDT 的優(yōu)點：①操作簡單方便，不依賴熱效應，不會灼傷周圍組織；②可以有效處理機械法難以到達的解剖區(qū)域（如側枝根管、牙本質(zhì)小管）；③作用菌譜廣；④能有效殺滅耐藥菌，而且不會產(chǎn)生耐藥性；⑤僅對病原微生物產(chǎn)生效應，對根尖周正常宿主細胞毒性較??；⑥作用時間短，見效快；⑦舒適、安全、無毒副作用［15］。文獻表明，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

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

2.1 細菌的種類

PDT 對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 對革蘭氏陽性菌的殺菌效果更好。這種差異可通過其細胞壁的結構、光敏劑的疏水性和電荷效應來解釋。革蘭氏陽性菌細胞壁結構是較簡單多孔的結構，由肽聚糖和磷壁酸形成，有較好的滲透性。革蘭氏陰性菌的細胞壁更復雜，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散到革蘭氏陽性細菌中，從而起到更好的殺菌作用。革蘭氏陽性菌由于細胞壁中氨基酸和糖的存在，親水性成分容易穿透。革蘭氏陰性細菌細胞壁呈現(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合和殺滅革蘭氏陽性細菌，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合，并對脂類和蛋白質(zhì)產(chǎn)生分子損傷，或者直接損傷帶負電荷的線粒體［13］。因此對于革蘭氏陽性菌，陽離子和陰離子染料都可使用，對于革蘭氏陰性菌，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菌。

2.2 細菌的狀態(tài)

生物膜中的細菌被細菌外大分子包裹，對抗生素和宿主免疫防御機制的抗性很強。故微生物以生物膜形式存在時比浮游狀態(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)復雜，其消毒極具挑戰(zhàn)性。光敏劑對生物膜的滲透性較低，使生物膜對PDT 的敏感性降低。光敏劑配方的改進可以提高PDT 對生物膜的抗菌效果［12］。

2.3 光敏劑

光敏劑的種類、濃度、不同的配方設計均會影響對細菌的滲透、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 對根管消毒的效果。對比MB 和TBO，吲哚菁綠、姜黃素介導的PDT 對糞腸球菌的殺菌效果更好［19］。Stojicic 等［18］實驗顯示，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］等對糞腸球菌的殺菌效果增強，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。目前，光敏劑的種類、濃度、配方的設計還未有統(tǒng)一的指南［15］。

2.4 光源

光源的種類、能量劑量會影響光照射后活性單線態(tài)氧的形成量，從而影響PDT 對根管消毒的效果。低強度光源的能量不能直接殺死細菌，但可以激活光敏劑產(chǎn)生毒性活性產(chǎn)物。當光源輸出功率非常低時，光敏劑需要很長時間的激發(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，溫度過高會導致根尖周組織的損傷。實驗證明，功率為1 W的半導體激光工作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 能起到與半導體激光相似甚至更好的PDT 殺菌效果［14］。現(xiàn)研究應用于根管消毒的PDT 光源輸出功率為40～220 mw［10］。實驗證明，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［23］。

2.5 PDT 操作環(huán)境和方法

PDT 的應用方法是在根管預備完成后，根管內(nèi)注射光敏劑，光敏劑留在根管內(nèi)預照射然后將光源放入根管中照射。預照射時間指光敏劑注入根管系統(tǒng)至開始光激活的時間間隔，使光敏劑與細菌充分接觸、作用。預輻照時間為1～15 min［15］。牙本質(zhì)、牙髓組織等會顯著降低PDT 的抗菌效果，這可能是因為這些物質(zhì)抑制了光敏劑對細菌細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，充分的機械預備和沖洗有利于發(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［25］。光的照射時間是PDT殺滅微生物的重要因素。實驗證明，隨著激光照射時間的增加，細菌死亡率增加［18］。PDT使用或不使用光纖進入根管內(nèi)均起到殺菌作用，這意味著光輸送可能不會嚴重影響其抗菌作用［26］。Garcez等［27］建議在用于牙髓治療時使用光纖，因為光纖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 運用于根管消毒的光纖直徑是200～1 000 μm，照射時間是10～360 s［10］。超聲激活光敏劑可使光敏劑滲透深度增大，使生物膜中的細菌分離成浮游細菌，加強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)，可形成化學玷污層，導致牙本質(zhì)小管的閉塞，這可能導致填充材料與根管牙本質(zhì)之間粘接強度降低［28］。Souza 等［29］認為使用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 糊劑輔助牙膠冷側方加壓充填，發(fā)現(xiàn)PDT 不影響粘接強度，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AH-plus 輔助牙膠冷側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 通常導致機械性能的改善，并且不會改變玻璃纖維樁的粘接強度［32］。

3.2 牙變色

當使用MB 作為光敏劑時，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、孔雀綠對離體根管的影響，發(fā)現(xiàn)三者均可導致牙齒變色，MB 和TBO 顏色變化較小［34］。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驗證明單獨使用PDT 可使糞腸球菌計數(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］。也有實驗認為，PDT 可達到與次氯酸鈉相當?shù)臍⒕Ч?，甚至超過次氯酸鈉［35］。有實驗則認為，PDT 殺菌效果不明顯，在傳統(tǒng)化學機械的基礎上增加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5 例乳前牙進行傳統(tǒng)根管治療的基礎上，PDT 輔助根管消毒，細菌總數(shù)減少了75.87%，認為PDT 是對兒童牙科傳統(tǒng)根管治療的一種可行的、非創(chuàng)傷性的補充。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)化學機械聯(lián)合PDT 一次性根管治療與傳統(tǒng)化學機械一次性根管治療效果無差異，運用氫氧化鈣進行兩次根管治療效果最佳。上述實驗結果有時存在矛盾，原因可能是光敏劑、光源、實驗方法等不同。

5 小 結

PDT 在體外根管消毒實驗中的有效性已被證實，雖然有研究認為PDT 殺菌效果不如次氯酸鈉，但PDT 對細胞基本無毒性、無刺激性，有利于牙髓再生術和舒適化口腔治療。光敏劑配方設計、光源能量劑量和照射最佳時間等還需要進一步實驗，PDT 在體內(nèi)根管治療中的應用也需更進一步研究。