半导体激光在种植体周围病中的应用及研究进展

    随着口腔种植技术的发展和种植成功率的提高，种植修复目前已成为牙列缺损患者的首选修复方式。种植体周围病是导致种植失败的主要原因，发病率达15.2%，其主要表现为种植体周围软组织炎症及支持骨组织的丧失。
    种植体周围病由菌斑生物膜引起，是种植体周宿主-微生物稳态破坏导致的炎性病变，其治疗效果受患者菌斑控制、种植体周围软组织生物学差异等多种因素影响。近年来，随着激光技术在口腔医学领域中的发展，半导体激光因其优良的生物学功效成为种植体周围病重要的非手术治疗手段。本文就半导体激光的原理、作用特点、安全性、生物学效应及治疗种植体周围病的临床研究作一综述，以期为临床应用提供参考。
    1.半导体激光的基本原理及作用特点
    1.1 半导体激光的基本原理
    半导体激光又称二极管激光，通常由多种激发元素(铝、镓、砷等)激发产生，其工作原理是半导体激光器经激励源产生激光，通过光纤等传输装置传输至治疗部位发挥其生物效应，从而起到治疗作用。
    1.2 半导体激光的作用特点
    半导体激光照射产生的生物效应由光热效应、光化学效应、光生物调节作用及光声效应等叠加产生，在特定条件下以某一效应为主。口腔半导体激光的波长一般在600～1 000 nm范围内，低能量半导体激光(1～1 000 mW)可对种植体周围组织细胞发挥生物调节作用，产生促进细胞增殖、成骨分化和免疫调节等生物学效应；而在非低能量条件下，半导体激光能在杀灭相关病原微生物的同时保证种植体表面生物相容性和组织安全性。
    2.半导体激光的安全性
    2.1 半导体激光对种植体周围骨组织的安全性
    半导体激光照射的热效应会使种植体表面温度升高，保证该热效应不超过种植体周围骨组织损伤的临界温度(47～55 ℃)是半导体激光治疗种植体周围病的先决条件。研究表明，在37 ℃水浴中用810 nm、980 nm和1 064 nm波长的半导体激光以0.6 W、0.8 W、1.0 W的功率对猪颌骨内的种植体进行照射，所有种植体均不会达到临界温度。有研究使用968 nm半导体激光在连续或脉冲模式下以1.65 W和1.98 W照射10 s去污，发现在达到良好去污效果的同时，种植体颈部及根尖两个监测部位的温度均未超过47 ℃。这表明在与人体相似的条件下，使用半导体激光不会引起骨组织的热损伤。
    2.2 半导体激光保存种植体表面生物学性能
    种植体表面生物学性能的保存是种植体周围病治疗过程中的一个重要临床问题，与种植体的再次骨整合密切相关。研究表明，即使在脉冲模式下以25 W的高能量处理种植体表面，半导体激光也不会引起种植体表面性质的变化，并能同时消灭表面病原微生物。使用高能量半导体激光照射氧化钛种植体后，仍能保持成骨细胞样细胞和骨髓间充质干细胞良好的生物相容性。半导体激光照射治疗种植体周围病的过程中能够避免对种植体表面的破坏，从而具有良好的安全性。
    3.半导体激光的生物学效应
    3.1 半导体激光促成骨细胞增殖分化
    成骨细胞(osteoblast， OB)在骨基质的合成、分泌和矿化中起关键作用，其生物学功能的发挥与种植体的骨性结合密切相关。使用810 nm半导体激光照射体外培养的人成骨细胞能够显著促进成骨细胞增殖、分化，而在成骨细胞与牙龈成纤维细胞共培养时成骨细胞分化程度降低，这可能是由于成纤维细胞的细胞因子信号改变了共培养中成骨细胞的分化能力。
    Tschon等研究表明，915 nm半导体激光照射使得人成骨细胞COL1A1基因表达上调，而COL1A1是成骨细胞分化的重要标志物，与结节矿化过程密切相关。Li等发现，808 nm的半导体激光照射促进了小鼠成骨细胞前体细胞的增殖并增加了S期的细胞数量。半导体激光能够通过促进成骨细胞的增殖分化及发挥其生物功能促进骨组织的愈合。
    3.2 半导体激光对牙龈成纤维细胞的调节作用
    种植体周围稳定、坚固的纤维结缔组织能够维持种植体周围软组织界面与种植体表面结合的稳定性，其主要由胶原纤维、细胞、血管和细胞外基质等组成，其中牙龈成纤维细胞(gingival fibroblasts， GF)是其主要的细胞成分。研究发现，低能量半导体激光照射GF 24 h对细胞增殖有积极影响，且低能量激光可以在一定的参数设置下通过下调GF中白介素(interleukin， IL)-6和IL-8的表达和释放来发挥抗炎作用。
    使用940 nm半导体激光照射GF后，成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor， FGF)、转化生长因子(transforming growth factor， TGF)-β1及受体TGFβR2、α-肌动蛋白、纤连蛋白、核心蛋白聚糖等促进成纤维细胞增殖分化相关因子表达显著增加这些变化是半导体激光对成纤维细胞生物刺激作用的基础，导致了GF短期增殖量的明显增加。
    3.3 半导体激光对免疫细胞的作用
    种植体周围病相关免疫细胞通过增殖、释放炎性因子等途径促进炎症过程，这对种植体周围病的发生和进展起着重要的推动作用。有研究显示，650 nm和808 nm的低能量半导体激光照射活化的巨噬细胞会导致IL-1β、IL-6和TNF-α等促炎细胞因子减少，而IL-10和TGF-β等抗炎细胞因子的分泌则会增加。这表明半导体激光可以通过调控免疫细胞功能发挥抗炎的生物效应。
    3.4 半导体激光清除种植体周围病相关致病微生物
    细菌感染与种植体周围病的发病机制有密切联系。目前已发现的种植体周围病致病微生物有牙龈卟啉单胞菌、具核梭杆菌、中间普氏菌、伴放线聚集杆菌等。半导体激光照射可有效地减少相关病原微生物，对遏制种植体周围病的进展有重要作用。Kreisler等使用输出功率为0.5～2.5 W的半导体激光分别照射经喷砂和酸蚀(SA)、等离子喷涂(TPS)、羟基磷灰石涂层(HA)三种表面处理的血链球菌污染钛盘发现，激光照射均能以能量依赖的方式显著减少TPS和SA标本中细菌的数量，而在HA圆盘上，2.0 W和2.5 W条件下可显著杀灭细菌。Giannelli等用808 nm半导体激光在连续模式或脉冲模式下照射具有与种植体相似表面结构的钛盘，发现两种模式下半导体激光辐照均能显著降低其表面金黄色葡萄球菌生物膜的活菌水平，使后续其他致病菌的黏附及定植受到影响。
    此外，基于半导体激光的抗菌光动力疗法(antibacterial photodynamic， aPDT)能够增强半导体激光的抗菌作用。aPDT的抗菌作用原理是将半导体激光的能量通过细胞内光敏剂吸收转移到氧分子上，产生的单线态氧和超氧化物等介质直接破坏细菌的细胞壁。
    光敏剂的引入降低了半导体激光杀灭细菌对能量的需求，增加了半导体激光的安全性。使用甲苯胺蓝(TBO)+635 nm激光和吲哚菁绿(ICG)+808 nm激光的aPDT均可显著减少细菌生物膜。另有研究表明，aPDT可以明显减少种植体周围炎相关细菌，尤其是红色复合体的细菌数量。
    4.半导体激光辅助治疗种植体周围病相关临床研究
    半导体激光的参与能减少单纯机械治疗对种植体表面结构的破坏，同时发挥抗炎、杀菌、促进种植体周围软硬组织愈合的作用。一项系统评价显示，半导体激光治疗及光动力治疗能有效改善种植体周围黏膜炎的炎症反应。临床工作中常用的半导体激光功率一般在2.5 W以内，照射时间通常为15～60 s。
    半导体激光的波长、模式、功率和照射时间的差异可能会影响种植体周围病的治疗效果。在种植体周围病炎症重、感染范围较大时，通常选用高能量脉冲模式，在消灭细菌的同时使能量在照射局部得到有效的扩散，不引起照射区周围组织的热损伤。在种植体周围病早期或感染得到有效控制后，选择低能量持续或脉冲模式以发挥抗炎、促进愈合的生物学效应，调节种植体周围软硬组织细胞功能，增强局部恢复能力。
    5.展望
    相较于传统的治疗方式和其他类型的激光，半导体激光安全性高、不良反应少。在满足治疗需求的前提下，可控的能量调节性能和多重生物学效应使其成为种植体周围病治疗的重要方式。目前，半导体激光的生物效应能已得到证实，但其作用机制尚未完全阐明，且半导体激光在不同参数设置下的治疗效果可能存在较大差异，有时甚至无法获得期望的临床改善。因此，为了确定不同波长、模式、功率下半导体激光的治疗效果及长期稳定性，仍需进行大量临床研究，这些研究也将为半导体激光能够合理、有效地应用于种植体周围病并形成规范、系统化的治疗方案提供更充分的依据。