感染根管细菌生物膜的治疗策略

    根尖周炎是发生在根尖周组织的感染性疾病，主要由根管内的感染引起。其根管内细菌的生存方式多为生物膜形式，即黏附在根管内壁表面的有组织和结构化的薄层细菌聚集体。生物医学研究发现，细菌生物膜是导致顽固性根尖周炎和根管治疗失败的主要原因。因此，本文就感染根管细菌生物膜的特性及治疗策略做一介绍，以期为临床生物膜的清除提供参考。
    1.根管细菌生物膜的致病性和耐药性
    生物膜上各细菌间有共聚或黏附倾向，可通过相互识别或分泌黏附基质，以生态群体方式协同生长繁殖。生物膜基质的主要成分是有抗原性的藻酸盐多糖，这些胞外聚合物（extracellular polymeric substances，EPS）具有屏障作用，能阻止白细胞、抗体、补体等防御成分的渗入，保护细菌存活并增强细菌的致病性，导致根尖周大量免疫复合物堆积、炎细胞浸润、组织受到破坏；此外，生物膜成熟后不断脱落释放游离细菌，造成根尖周感染反复发作，导致迁延不愈型根尖周炎形成。
    研究发现，生物膜中的细菌较游离状态下耐药性更强，杀死生物膜中细菌所需抗生素的浓度是游离状态下的100 ~ 1 000倍。这可能是由于EPS能阻碍抗菌药物的渗入，通过产生的藻酸盐吸收了部分药物，并将细胞外酶（如β内酰胺酶）捕获并集中在EPS中，使β内酰胺类抗生素失去活性所致。
    同时，当生物膜缺乏营养时，细菌生长速率缓慢，此时对抗生素不敏感，不易受到抗菌药物的影响。此外，被称为“持留菌”的特殊幸存细菌亚群可能与生物膜的耐药性增强有关。目前尚不清楚这些“持留菌”是某一种群中最耐药的细菌，还是一种独特的表型。
    2.感染根管细菌生物膜的治疗策略
    感染根管的细菌生物膜不仅存在于主根管壁上，还可存在于根尖分歧、侧支根管以及牙本质小管中，这是导致原发性或持续性根管感染的原因之一。
    2.1 根管的机械预备
    机械预备是去除根管细菌生物膜最基本的方法，其清除生物膜的数量取决于感染管壁被切削的面积大小。实验研究发现，机械预备能显著减少根管内细菌数量；且机用镍钛器械与不锈钢器械在根管预备时的细菌减少量无明显差异。与常规机用镍钛锉相比，自适应锉（self-adjusting file）与根管的接触面积大大增加，细菌的清除能力也显著增强。
    根管预备的宽度和锥度决定了冲洗液的作用空间。随着二者的增大，切削的感染管壁也随之增多，残留的细菌逐渐减少。有研究发现，当达到合适的预备锥度且冲洗液能有效地冲洗根管时，没有必要继续增加预备宽度。同时，在预备宽度适宜的情况下，预备锥度的增加，根管清洁度并无显著差异，反而会因去除过多牙体硬组织而增加根裂的风险。因此，临床根管预备时应依据形态学，在不去除过多牙体硬组织的基础上进行最大程度的冲洗、消毒。
    当根管宽度预备到比初尖锉大3号时足以达到良好的清创效果，其成功率与更大的预备宽度相比并无统计学差异。因此，临床上确定初尖锉的大小非常重要。在根管预备时，再治疗的根管预备宽度应大于原预备宽度，可通过显微镜下观察锉尖是否有碎屑及碎屑的性状，辅助判定预备宽度是否恰当。
    2.2 根管的化学预备
    由于根管系统的解剖复杂性和预备器械的局限性，根管表面并不能被完全触及，仍残留一定量的细菌。因此，根管的化学预备变得尤为重要。根管的化学预备不仅能将机械预备过程中产生的大量牙本质碎屑和感染牙髓去除，还可通过自身的抗菌性进一步杀灭牙本质小管内的细菌。
    2.2.1 根管冲洗液
    次氯酸钠（NaClO）是目前临床上应用最多的冲洗液，具有快速杀菌和溶解坏死组织、残髓、牙本质碎屑中有机成分的能力，其常用浓度为0.5% ~ 6.0%。研究发现，相较于无法溶解基质的氯己定和过氧化氢来说，NaClO可以同时去除生物膜中的细菌和基质。
    随着NaClO浓度的升高，抗菌能力保持不变，但组织溶解能力显著增强，同时毒性也更大。故临床中为避免高浓度带来的毒性影响，可通过升高低浓度NaClO的温度来提高冲洗液的组织溶解能力，并通过增加冲洗液的用量、冲洗频率及足够的接触时间来保证冲洗液的有效性。但单纯NaClO冲洗的渗透性较差，只能渗透到牙本质小管内130 μm，而一些细菌可侵至牙本质小管深达300 ~ 1 000 μm处。因此，临床应在机械预备的基础上再配合使用以达到彻底清除细菌生物膜的目的。
    17%乙二胺四乙酸（EDTA）是临床上常用的螯合剂，通过螯合作用与金属离子结合，有效溶解牙本质、去除玷污层、抑制细菌生长及生物膜形成。但EDTA不宜加热，会降低钙的结合能力；同时作用时间不应超过1 min，以免溶解过多牙本质、影响组织抗力。
    EDTA与NaClO协同使用可增强粪肠球菌生物膜的清除效果。但二者同时使用时，EDTA会稀释NaClO浓度，降低NaClO的溶解能力，故临床上不建议交替使用。目前市场上也出现了将抗菌剂与螯合剂相结合的冲洗液，如MTAD［朗力生物医药（武汉）有限公司］、QMiX（Dentsply Tulsa Dental，美国）和SmearOFF（Vista Dental，美国）。其中QMiX 是一种含有氯己定类似物、三氯生（N-十六烷基-N，N，N-三甲基漠化铉）和EDTA的终末冲洗液，具有良好的抗菌、溶解能力。
    研究发现，QMiX去玷污层的能力与EDTA相近；去细菌生物膜的能力显著优于1% NaClO或2%氯己定溶液。当清除新生的生物膜时，QMiX可达到与6% NaClO相同的清除效果；但对于已形成3周的细菌生物膜，其清除能力相对6% NaClO溶液较弱。
    2.2.2 根管冲洗方式
    冲洗液对于细菌生物膜的清除效果与冲洗方式密切相关。注射器冲洗是临床最常用的冲洗方式，但其冲洗的有效范围仅限于针尖前方1.0 ~ 1.5 mm，且由于根尖解剖结构复杂以及存在气锁效应，使得冲洗液在根管内的流动受到限制、作用难以发挥。因此，临床中可辅以手动搅拌如冲洗针头冠根向运动、小号根管锉搅动、牙胶尖推拉运动等将冲洗液送达器械接触盲区。
    与传统注射器冲洗相比，声波冲洗（频率为1 500 ~ 6 000 Hz）和超声冲洗（频率≥ 20 000 Hz）能更好地使冲洗液渗透到复杂根管系统及牙本质小管内，显著提高细菌生物膜的清除率。但二者的冲洗效果尚存在争议，大多数研究认为超声冲洗效果要优于声波冲洗。此外，柔波（gentle wave，GW）冲洗是一种结合了广谱声能、流体动力学和加速化学的冲洗技术，其在对根管系统的清创和消毒过程中，可有效地将能量输送到根管系统各解剖区域。
    研究发现，GW冲洗与其他方法相比，可显著减少根管系统中的坏死组织和细菌生物膜，能有效提高根管清洁度。近年来，激光冲洗受到了广泛的关注。其利用辐射波与水分子反应来传递能量；通过在纤维尖端形成气泡、气泡不断膨胀和内爆形成冲击波产生空化效应，导致冲洗液在根管内快速流动、进入复杂的解剖结构中。激光冲洗的代表是光子诱导光声流（photon induced photoacoustic streaming，PIPS），其纤维尖端在应用时只需置于髓腔内，而无需进入根管。
    多项研究表明，PIPS较其他方法具有更强的渗透性（中位渗透深度为700 ~ 900 μm），可有效去除管壁及牙本质小管中的细菌生物膜和玷污层；且在冲洗时不受根管预备宽度和锥度的限制，更有利于保持牙齿结构的完整性。
    2.3 根管消毒
    根管预备后细菌生物膜会大幅减少，但由于一些不规则的解剖结构以及细菌生物膜侵入牙本质小管深层等原因，无法做到完全清除。研究发现，NaClO冲洗仅使根管内细菌水平降低61.9%，而氢氧化钙封药1周后可使细菌量减少至92.5%，因此临床上对于感染根管应常规进行诊间封药，以获得更好的消毒效果。
    氢氧化钙是目前临床上最常见的根管消毒药物，具有强碱性，水解产生的氢氧根离子可破坏细菌细胞膜结构、导致蛋白质变性以及DNA损伤，最终使细菌死亡。氢氧化钙还有水解细菌脂多糖（lipopolysaccharides，LPS）脂质部分的能力，从而钝化LPS生物活性并降低其毒性作用。
    与其他消毒药物相比，氢氧化钙具有良好的生物相容性、组织毒性低、抗菌谱广以及能促进根尖周组织愈合的优点。氢氧化钙需与组织接触发挥作用，因此根管封药时，为获得最大的有效性，应将其均匀地充填至根管工作长度。然而，研究发现氢氧化钙对于感染根管中的粪肠球菌和白色念珠菌清除效果不佳，并且长期使用可能会削弱牙根结构导致根折等并发症发生。
    随着研究发展，光动力疗法（photo dynamic therapy，PDT）作为一种新型消毒方法受到广泛关注。其利用特定波长的光照射光敏剂（如亚甲蓝、玫瑰红共轭壳聚糖、甲苯胺蓝和吲哚菁绿等），使光敏剂的电子受到激发，继而将激发态的能量传递给周围氧分子生成活性氧，通过活性氧氧化微生物脂质、蛋白质和DNA来发挥抗菌作用。此外，光活化的玫瑰红共轭壳聚糖还能灭活细菌内毒素，因此PDT 具有抗多种细菌生物膜的潜力。
    一项系统评价发现，PDT能够有效减少根管中91.3% ~ 100%的微生物，特别是多重耐药菌，是一种较好的消毒辅助手段。近些年来，基于纳米颗粒的消毒疗法已成为牙髓领域的研究热点。银纳米粒子是根管消毒策略中研究最广泛的金属纳米粒子，具有抗生物膜、抗细菌和抗真菌的特性。
    研究表明，壳聚糖纳米颗粒能有效杀灭游离细菌和生物膜，并且还能通过抑制胶原酶降解来去除玷污层。此外，壳聚糖纳米颗粒还可通过光敏剂进行功能化，在光动力激活下增强抗生物膜功效。与传统氢氧化钙相比，合成的壳聚糖铯-银纳米粒子、纳米银氢氧化钙等能更深入地渗透到牙本质小管中，有效清除粪肠球菌。此外，冷空气等离子体和抗菌蓝光aBL等皆对根管细菌生物膜有良好的清除效果。
    2.4 显微根尖外科手术治疗
    在某些特定的情况下，根管内的感染微生物可以克服防御屏障，黏附于根尖外牙骨质表面，定植、形成生物膜或在根尖周炎性病损中形成紧密的黏性放线菌菌落，进行侵袭和增殖，形成根管外感染。临床中，对于此种感染导致的持续性或窦道长期不愈的根尖周病变，显微根尖外科手术是首选的治疗方法。其在显微镜的放大、照明下获得清晰的视野，在直视下切除感染根尖、进行倒预备和矿物三氧化物凝聚体（mineral trioxide aggregate，MTA）或iRoot BP 倒充填，以清除坏死感染组织、实现根管系统的严密封闭。
    显微根尖外科手术联合使用激光消毒亦有良好的细菌生物膜清除效果，并且还具有对周围组织损伤小和术后反应轻等优点。研究表明，显微根尖外科手术的5年成功率高达90%，10年成功率为85%。
    3.结语
    感染根管细菌生物膜为临床治疗的彻底清创带来了难题。临床医生应根据根管的解剖及生物膜特性选择合适的治疗策略，使根管内的细菌总量下降到无法维持疾病状态的阈值，利于机体免疫功能发挥作用，从而促进根尖周病变愈合。而对于根尖区残留或根管外定植的细菌生物膜，可通过显微根尖外科手术的方法予以清除。然而，目前的方法，均具有一定的局限性，更为行之有效的方法还有待于我们进一步的探索和研究。