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目的:
低水平激光(Low Level Laser Therapy,LLLT)是指不会使生物组织产生不可逆损伤、不会引起局部温度明显升高的激光,它对细胞和组织具有一系列的生物调节作用。LLLT照射能够改善组织微循环,激活免疫系统,促进白细胞的噬菌作用,增强巨噬细胞吞噬功能,加速软组织和骨组织修复,加快创伤愈合,促进毛发生长及神经再生。尽管LLLT在实验中被广泛研究,但没有建立统一的适应症和治疗参数。低水平激光的生物效应取决于激光的波长、能量、脉冲宽度和生物组织的分子结构等。在有关正畸牙移动的研究中,多数学者采用连续波(Continuous wave,CW)低水平激光照射,脉冲波的应用较少。脉冲波(Pulsed wave,PW)的优点是可以穿透地更深,以及产生较少的组织热量。不同频率脉冲波照射是否可以产生与连续波相同的作用,是本实验的目的之一。
在口腔正畸学的研究中,牙齿移动速率以及牙根吸收后修复是很多学者关注的重点问题。基质金属蛋白酶-9(Matrix metalloproteinase,MMP-9)是人体内最重要的蛋白酶之一,其主要功能是分解细胞外基质,作用底物主要是Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ、Ⅹ型胶原,明胶及弹性纤维,在正畸牙移动过程中发挥了重要作用。不同LLLT设计方案会对正畸牙移动速率、MMP-9表达及牙根吸收的修复产生不同影响。
在研究正畸牙移动的实验中,大鼠是常用的实验动物,但在支抗的控制、力值的选择上有很多缺陷。本文在综合考虑各种因素的情况下,建立了一个较完善的正畸牙移动的动物模型。在此模型上,采用不同方式LLLT照射,观察大鼠第一磨牙移动速率和基质金属蛋白酶-9的变化,以及对正畸性牙根吸收后修复的影响。
方法:
1、取4只成年Wistar大鼠的左、右上颌第一磨牙,用数字游标卡尺测量各个牙根在牙颈部(釉牙骨质界)处的直径,以及釉牙骨质界到根尖的距离,根据公式计算出鼠五个牙根的总面积,与人上颌第一磨牙牙根面积相比较,以确定合适力值。20只大鼠,麻醉下,在上颌两个切牙牙根中部水平用牙钻钻洞,0.3mm直径结扎丝从洞中穿过,将牙槽骨、两个切牙结扎在一起。在切牙和第一磨牙间置Sentalloy镍钛螺簧,以切牙为支抗,拉第一磨牙向近中移动。动物被随机分为4组,每组5只。组1使用10g镍钛螺簧作为加力装置,组2为25g镍钛螺簧,组3为50g镍钛螺簧。加力十四天后处死大鼠,去除矫正装置。组4为对照组,不加力。制作以上颌第一磨牙为中心的近远中方向的连续组织切片,HE染色观察牙体牙髓变化。
2、建立10g镍钛螺簧拉大鼠第一磨牙近中移动的模型。40只大鼠被随机分为5组,每组8只。组1为连续波照射组,组2、3、4为脉冲波照射组,频率分别为2、4、8Hz(50% duty cycle),能量密度为3.6J/cm2。加力后即刻照射,连续照射三天。组5为对照组,无激光照射。使用数字化游标卡尺测量第一磨牙近中最突点和同侧切牙釉牙骨质界近中缘点之间的距离。于加力前、加力后第三天、第七天、第十四天测量距离。同时使用滤纸采集龈沟液,采用Western blot法分析龈沟液中基质金属蛋白酶-9的表达变化。
3、建立50g镍钛螺簧拉大鼠第一磨牙近中移动的牙根吸收模型,加力两周后,去除矫正装置。40只大鼠被随机分为2组,每组20只。组1为连续波激光照射组,能量密度为18J/cm2。去除矫正装置后连续照射三天。组2为对照组,无激光照射。第零天、第七天、第十四天、第二十八天分别处死5只大鼠,取第一磨牙远中颊根及远中腭根,制备扫描电镜标本。电镜下观察。使用Image-Pro Plus软件计算远中颊根、腭根近中表面根吸收陷窝的面积占近中面的总面积的百分比,比较两组在各个时间点的牙根吸收情况。
结果:
1、大鼠第一磨牙牙根表面积约为10.62±1.25mm2,人上颌第一磨牙的牙周膜面积是大鼠第一磨牙牙根面积的34倍。在鼠第一磨牙上加10g的力,相当于人第一磨牙上加340g的力。10g镍钛螺簧拉大鼠上颌第一磨牙近中移动十四天后可见牙骨质不规则吸收,牙髓轻度充血,压力侧牙周膜间隙变窄。25g和50g镍钛螺簧拉第一磨牙近中移动十四天后,牙根可见明显的吸收,深达牙本质层。
2、能量密度3.6J/cm2的低水平激光照射增加了大鼠第一磨牙早期移动的距离,与无激光照射组相比,差异有统计学意义。连续波和2、4、8Hz脉冲波组之间未发现区别。加力三天后激光照射组的MMP-9表达水平显著增加,第七天表达水平仍较高,第十四天表达水平降低。连续波与脉冲波组的变化一致。
3、能量密度18J/cm2连续波照射已发生牙根吸收的大鼠上颌第一磨牙,第七天牙根吸收面积没有明显增长,无激光照射组牙根吸收面积仍上升。第七天和第十四天两组差异有统计学意义。第二十八天,大约50%的根吸收被修复,激光照射组与对照组间无区别。
结论:
1、在大鼠两个中切牙牙根中部及牙槽骨处钻洞,并用结扎丝结扎,使两个中切牙与牙槽骨成为一个整体,共同作为支抗,采用镍钛螺簧拉第一磨牙近中移动,可建立稳定、科学、可靠的正畸牙移动的动物模型。10g力是大鼠第一磨牙近中移动所需的合适力值。
2、小剂量连续波与脉冲波低水平激光照射都促进了大鼠第一磨牙的近中移动,增加了早期MMP-9的表达,尽管不同照射方式之间并没有发现明显的不同,但是在细胞水平以及分子水平上的变化仍值得探讨。
3、大剂量连续波低水平激光照射能够在早期抑制牙根吸收的发展,作为一种可能促进牙根吸收修复的可选择的方法值得进一步研究。