يقارن هذا البروتوكول بين ليزر الدايود، والثوليوم، والإربيوم من أجل التطهير داخل القناة في نموذج قناة جذرية خارج الجسم الحي لـ Enterococcus faecalis، وذلك عبر تقييم الفعالية المضادة للبكتيريا ودرجة حرارة السطح الخارجي للجذر لتحديد معاملات التشعيع الآمنة والفعالة.
مقالة بحثية
ليزر الثوليوم، والإربيوم، والديود لتطهير القنوات الجذرية: النشاط المضاد لبكتيريا Enterococcus faecalis والسلامة الحرارية خارج الجسم الحي
34 مشاهدة
⸱
سبتمبر 11, 2026
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
برز الري المدعوم بالليزر كإجراء مساعد واعد لتطهير القنوات الجذرية؛ ومع ذلك، لا تزال الأدلة التي تقارن بشكل مباشر بين أنظمة الليزر المختلفة تحت ظروف تجريبية موحدة محدودة. قارنت هذه الدراسة المختبرية (ex vivo) الفعالية المضادة للبكتيريا والسلامة الحرارية لليزر الدايود بطول موجي 808 nm، وليزر الثوليوم بطول موجي 1940 nm، وليزر الإربيوم بطول موجي 2940 nm في إزالة التلوث داخل القناة ضد بكتيريا Enterococcus faecalis. تم علاج عينات قناة جذر بشرية مصابة وموحدة باستخدام معايير تشعيع ذات صلة سريرياً. تم تقييم الفعالية المضادة للبكتيريا من خلال خفض وحدات تشكيل المستعمرات (CFU) وتحليل منحنى النمو البكتيري، بينما تم تقييم السلامة الحرارية عن طريق قياس التغيرات في درجة حرارة السطح الخارجي للجذر أثناء التشعيع بالليزر. أظهرت أنظمة الليزر الثلاثة نشاطاً مضاداً للبكتيريا أكبر من مجموعات التحكم المعالجة بالمحلول الملحي. حقق ليزر الإربيوم أعلى معدل تثبيط متوسط (99.0%) عند 30 mJ لمدة 30 s مع الحفاظ على زيادة درجة حرارة السطح الخارجي للجذر دون عتبة السلامة الحرارية المقبولة وهي 10°C. أنتج ليزر الثوليوم نشاطاً مضاداً للبكتيريا مماثلاً، ولكنه تجاوز عتبة السلامة الحرارية عند أعلى إعدادات التشعيع. وأظهر ليزر الدايود فعالية مضادة للبكتيريا أقل وزيادات في درجة الحرارة أكبر مقارنة بليزر الثوليوم والإربيوم تحت الظروف المختبرة. وفي حدود هذا النموذج المختبري (ex vivo)، أظهر ليزر الإربيوم بطول موجي 2940 nm التوازن الأكثر ملاءمة بين الفعالية المضادة للبكتيريا والسلامة الحرارية، ويمثل نهجاً مساعداً واعداً لتطهير القنوات الجذرية.
المقدمة
يعد العدوى البكتيرية لنظام قناة الجذر السبب الرئيسي لالتهاب لب السن والتهاب دواعم السن الذروي1. ووفقاً لإحدى الدراسات، تم تحديد بكتيريا Enterococcus faecalis كأبرز العزلات البكتيرية لدى المرضى الذين يعانون من عدوى مزمنة أو متكررة بعد علاج قناة الجذر2,3. تمتلك هذه البكتيريا العديد من عوامل الضراوة، بما في ذلك تكوين الغشاء الحيوي (biofilm)؛ حيث يمكنها اختراق الأنابيب العاجية إلى أعماق تصل إلى 800 µm والبقاء على قيد الحياة في ظروف محدودة المغذيات2,3. تساهم هذه الخصائص في مقاومتها للمطهرات القياسية المستخدمة داخل القناة أثناء علاج قناة الجذر، وكذلك في مقاومة آليات الدفاع الطبيعية للجسم. وبناءً على ذلك، فإن عدم القدرة على القضاء على جميع بكتيريا E. faecalis المتبقية في نظام قناة الجذر يعد سبباً رئيسياً لفشل علاج قناة الجذر4.
يجمع علاج قناة الجذر الحالي بين التنضير الميكانيكي من خلال استخدام الأدوات والري الكيميائي للمساعدة في القضاء على الكائنات الحية الدقيقة من نظام قناة الجذر5. وعلى الرغم من أن التنضير الميكانيكي فعال للغاية في تقليل التجمعات البكتيرية، إلا أن العديد من المناطق داخل التشريح المعقد لقناة الجذر تظل غير قابلة للوصول باستخدام الأدوات وحدها5. لذلك، تلعب مواد الري الكيميائية دوراً هاماً في تعقيم نظام قناة الجذر. ومع ذلك، فقد أظهرت الدراسات أن حتى أقوى العوامل الكيميائية تفشل في القضاء تماماً على الغشاء الحيوي البكتيري6. علاوة على ذلك، فإن بعض العوامل الكيميائية المستخدمة أثناء علاج نهاية الجذر قد تؤثر سلباً على السلامة الهيكلية للعاج6,7. ولتحسين كفاءة التطهير وتحقيق إزالة أكثر اكتمالاً للأغشية الحيوية البكتيرية من نظام قناة الجذر، تم استكشاف عدة طرق لتنشيط مواد الري الكيميائية. ومن بين هذه الطرق، برز الري المنشط بالليزر كأحد البدائل الواعدة8. كما تم تقييم ليزر الدايود، والثوليوم، والإربيوم لقدرتها على إحداث تأثيرات ضوئية حرارية وضوئية ميكانيكية قادرة على تدمير الجدران الخلوية البكتيرية والأغشية الحيوية9.
يختلف التفاعل بين كل نوع من هذه الليزرات والأنسجة التي تتفاعل معها بشكل كبير وفقاً لطول الموجة. فليزرات الدايود (Diode lasers)، التي تبعث الضوء عادةً بأطوال موجية تتراوح بين 808 و980 nm، يتم امتصاصها بواسطة الكروموفورات في الأنسجة البيولوجية، مما يؤدي إلى تفاعل كهروحراري تسبب في تغيير طبيعة البروتينات وقتل البكتيريا10. أما ليزرات الثوليوم (Thulium lasers) فتعمل عند 1940 nm وتظهر امتصاصاً عالياً من قبل الماء، ولذلك تبين أن ليزرات الثوليوم مناسبة تماماً للبيئات الرطبة، بما في ذلك القنوات الجذرية الممتلئة بمحلول الإرواء11. وبسبب امتصاصها العالي للماء، يمكن لليزرات الثوليوم تسخين السوائل وتبخيرها بسرعة عند استخدامها في القنوات الجذرية المروية، ويؤدي التبخير إلى توليد موجات صدمية قد تساعد في تفكيك الأغشية الحيوية البكتيرية. وتمتلك ليزرات الإربيوم (Erbium lasers)، وبالأخص تلك التي تعمل عند 2940 nm، أعلى معامل امتصاص للماء من بين ليزرات الأسنان12. وفي القنوات المروية، يمكن لهذه الخاصية أن تولد تبخيراً انفجارياً وموجات صدمية تعمل على فصل وقتل البكتيريا ميكانيكياً، مع الحد من انتقال الحرارة إلى العاج المحيط في الوقت ذاته13.
على الرغم من استمرار تزايد الاهتمام بتقنية الليزر في ممارسات علاج العصب، إلا أن الكثير لا يزال مجهولاً فيما يتعلق بالمعايير السريرية المثالية لمختلف أنظمة الليزر. وعادةً ما تعتمد الطرق الحالية للاستخدام السريري على الخبرة التجريبية أو الإرشادات الموصى بها من قبل الشركات المصنعة، مع وجود دعم محدود قائم على الأدلة14. بالإضافة إلى ذلك، قيمت معظم الدراسات حتى الآن التأثيرات المضادة للميكروبات لليزر؛ ومع ذلك، فإن جانباً هاماً من العلاج بالليزر قد نال اهتماماً أقل نسبياً: وهو خطر حدوث إصابة حرارية في أنسجة دواعم السن. ومن المقبول عموماً أن الزيادة في درجة حرارة سطح الجذر الخارجي بأكثر من 10°C قد تؤدي إلى تلف دائم في الرباط السني والعظم المحيط15. ويبدو أنه لا توجد مقارنة مباشرة منشورة بين أنظمة الليزر المختلفة تقيم بشكل منهجي كلاً من فعاليتها في مكافحة الميكروبات وسلامتها الحرارية تحت ظروف تجريبية مضبوطة.
كان الغرض الأساسي من هذه الدراسة خارج الجسم (ex vivo) هو استقصاء ومقارنة الفعالية المضادة للميكروبات والسلامة الحرارية لثلاثة أنظمة ليزر — ليزر الدايود بطول موجي 808 nm، وليزر الثوليوم بطول موجي 1940 nm، وليزر الإربيوم بطول موجي 2940 nm — للقضاء على الغشاء الحيوي لبكتيريا E. faecalis من جدران القنوات الجذرية. ولتحديد تركيبات المعاملات التي تحقق إزالة بكتيرية فعالة مع الحفاظ على السلامة الحرارية، قامت هذه الدراسة بتقييم معاملات التشعيع ذات الصلة سريرياً. ومن المتوقع أن تساعد هذه النتائج الممارسين السريريين في اختيار نُهج آمنة وفعالة مدعومة بالليزر للتطهير اللبي.
البروتوكول
أُجريت هذه الدراسة وفقاً للمعايير الأخلاقية لمستشفى شانغهاي الرابع الشعبي، كلية الطب بجامعة تونغجي، وتمت الموافقة عليها من قبل مجلس المراجعة المؤسسية (رقم الموافقة 2026013-01). جُمعت الأسنان البشرية المخلوعة المستخدمة في هذه الدراسة من المرضى الذين خضعوا لخلع الأسنان لأسباب تقويمية أو لثة. تم الحصول على موافقة كتابية مستنيرة من جميع المشاركين قبل جمع العينات. ولم يتم إجراء أي تدخل سريري إضافي لأغراض هذه الدراسة. كما أُجريت الدراسة وفقاً للمتطلبات المؤسسية المتعلقة باستخدام الأسنان البشرية المخلوعة.
تحضير العينات ومعايير الاختيار
تم استلام ما مجموعه 141 سنًا دائمًا أحادي الجذر (القواطع والضواحك السفلية) تم خلعها حديثًا من قسم طب الفم والأسنان التابع لجامعة تونغجي في مستشفى الشعب الرابع في شنغهاي. خُلعت جميع الأسنان لأسباب تقويمية أو دواعي تتعلق بأنسجة supporting (periodontal). تم الحصول على موافقة مستنيرة من كل مريض. شملت هذه الدراسة الأسنان التي يبلغ طول جذورها عشرة مليمترات على الأقل وفقًا لمسبار دواعم السن، والأسنان السليمة التي لا تحتوي على آفات تسوس أو شقوق، والأسنان ذات التكوين الجذري الكامل، وانحناء الجذور الذي يقل عن عشرة درجات وفقًا لطريقة Schneider. استُبعدت من هذه الدراسة الأسنان ذات القنوات المتعددة، أو تكلس القنوات، أو الامتصاص الداخلي، أو التي خضعت لعلاج سابق للعصب. بعد الخلع، تمت إزالة جميع الرواسب الكلسية المرئية وبقايا الأنسجة الرخوة باستخدام مكشطة دواعم السن. ثم خُزنت الأسنان في محلول ملحي بنسبة 0.9% عند درجة حرارة 4°C حتى وقت الاستخدام لمنع الجفاف، وأُجريت جميع التجارب في غضون ثلاثة أشهر من تاريخ الخلع. تم توزيع العينات على المجموعات التجريبية باستخدام تسلسل تخصيص متبادل محدد مسبقًا. وتحديدًا، تم تخصيص العينات بالتتابع لكل مجموعة بطريقة متبادلة حتى الوصول إلى حجم العينة المطلوب لكل مجموعة. لم يتم إجراء حساب رسمي مسبق a priori للقدرة الإحصائية. تم اختيار حجم العينة بناءً على دراسات ex vivo سابقة مماثلة، وعدد تركيبات معايير التشعيع التي تم تقييمها، ومدى توفر الأسنان المخلوعة المؤهلة.
تجهيز وتعقيم القنوات الجذرية
تم إزالة تاج كل سن عند الموصل الملاطي المينائي باستخدام منشار ماسي منخفض السرعة تحت تبريد مستمر بالماء للحصول على قطعة جذرية موحدة بطول 10 mm. تم تحديد طول العمل ليكون أقل من الثقبة الذروية بمقدار 1 mm باستخدام مبرد K-file مقاس 10. جُهزت القنوات الجذرية باستخدام نظام ProTaper Universal الدوار المصنوع من النيكل والتيتانيوم وفقاً لتعليمات الشركة المصنعة، باتباع التسلسل S1 وS2 وF1 وF2 وF3 حتى الوصول إلى حجم تجهيز ذروي F3. وخلال عملية التوسيع، تم ري القنوات بنحو 2 mL من هيبوكلوريت الصوديوم بتركيز 5.25% بعد استخدام كل مبرد دوار، مما أدى إلى إجمالي حجم ري يبلغ حوالي 10 mL لكل قناة. أُجري شطف نهائي باستخدام 5 mL من EDTA بتركيز 17% لمدة 1 min، يليه 5 mL من المحلول الملحي المعقم. تم سد الثقبة الذروية باستخدام كومبوزيت راتنجي انسيابي لإنشاء نظام قناة مغلق. عُقمت الجذور المجهزة بواسطة الأوتوكليف عند 121°C لمدة 20 min، وخُزنت في محلول ملحي منظم بالفوسفات (PBS) معقم عند 4°C، ثم لُقحت بالبكتيريا خلال 24 h من التعقيم.
السلالة البكتيرية وظروف الزرع
استُخدمت سلالة E. faecalis ATCC 29212 لإنشاء نموذج قناة الجذر المصابة. زُرعت السلالة على آغار مستخلص الدماغ والقلب (BHI) عند 37°C لمدة 24 h في ظروف هوائية. نُقلت مستعمرة واحدة إلى مرق BHI وحُضنت عند 37°C لمدة 18–24 h. عُدِّل المعلق البكتيري ليصل إلى 1.5 × 108 CFU/mL تقريباً، وهو ما يعادل معيار 0.5 McFarland، باستخدام قيمة الكثافة الضوئية عند 60 nm (OD60) تتراوح بين 0.08–0.10.
إنشاء نموذج لقناة جذر مصابة بـ E. faecalis
لإنشاء نموذج للغشاء الحيوي الرقيق (biofilm) في قناة جذر مصابة، تم طلاء السطح الخارجي لكل جذر معقم بطبقتين من طلاء الأظافر الشفاف لمنع تغل البكتيريا عبر الملاط. تم طلاء المنطقة الذروية بعد سد الثقبة الذروية باستخدام كومبوزيت راتنجي انسيابي، بينما تركت فتحة القناة دون طلاء للسماح بالتلقيح البكتيري. وباستخدام ماصة دقيقة معقمة، تم نقل 10 µL من معلق E. faecalis إلى كل قناة جذر فردية لملء طول القناة بالكامل دون فيضان. بعد ذلك، وُضعت العينات الملقحة بشكل فردي في أطباق زراعة معقمة تحتوي على 24 بئراً، مع إضافة 1.5 mL من مرق BHI إلى كل بئر. استُنبتت العينات عند 37°C في ظروف هوائية لمدة 21 يوماً. تم إزالة وسط النمو واستبداله بمرق BHI معقم وطازج كل يومين لتوفير العناصر الغذائية اللازمة لاستمرار النمو البكتيري وإزالة الحطام الخلوي المتراكم. لم يتم إجراء أي تلقيح إضافي بـ E. faecalis أثناء استبدال الوسط. وبعد اكتمال فترة الحضانة، غُسلت جميع العينات الحية مرة واحدة باستخدام PBS لإزالة البكتيريا العائمة المرتبطة بشكل ضعيف قبل الاختبار التجريبي. استُخدمت عينتان تم اختيارهما عشوائياً لتصوير تكوين الغشاء الحيوي الناضج وتغل البكتيريا في الأنابيب العاجية بواسطة المجهر الإلكتروني الماسح (SEM). تم تثبيت العينات في 2.5% glutaraldehyde عند 4°C لمدة 24 h، وشطفها ثلاث مرات بـ PBS، ثم تجفيفها عبر سلسلة متدرجة من الإيثانول (30%، 50%، 70%، 80%، 90%، و10%)، بحيث استغرقت كل خطوة 10 min، ثم شُقت طولياً، وجُففت بالهواء، وثُبتت على قواعد ألمنيوم، وطُليت بالذهب عن طريق الرش (sputter-coated)، وفُحصت بواسطة SEM.
المجموعات التجريبية وبروتوكولات التشعيع بالليزر
قُسمت عينات الجذور المصابة البالغ عددها 135 عينة إلى ثلاث مجموعات تجريبية رئيسية بناءً على نظام الليزر المستخدم: مجموعة ليزر الدايود بطول موجي 808 nm، ومجموعة ليزر الثوليوم بطول موجي 1940 nm، ومجموعة ليزر الإربيوم بطول موجي 2940 nm. تضمنت كل مجموعة ليزر 45 عينة، والتي قُسمت بدورها إلى مجموعات فرعية وفقاً لمعايير التشعيع. تم تشغيل ليزر الدايود بقدرات متوسطة بلغت 1.0 أو 1.5 أو 2.0 W، وطُبق كل إعداد للقدرة لمدة 10 أو 20 أو 30 s، مما أدى إلى تكوين تسع مجموعات فرعية تضم كل منها ثلاث عينات. كما تم تشغيل ليزر الثوليوم بقدرات متوسطة بلغت 1.5 أو 2.5 أو 3.5 W، وطُبق كل إعداد للقدرة لمدة 10 أو 20 أو 30 s، مما نتج عنه أيضاً تسع مجموعات فرعية تضم كل منها ثلاث عينات. أما ليزر الإربيوم فقد عمل بنمط نبضات فائقة القصر وبتردد ثابت قدره 15 Hz؛ حيث طُبقت طاقات نبضية بلغت 10 أو 20 أو 30 mJ لمدة 10 أو 20 أو 30 s، مما أنتج تسع مجموعات فرعية تضم كل منها ثلاث عينات. وقد عمل كل من ليزر الدايود بطول موجي 808 nm وليزر الثوليوم بطول موجي 1940 nm بنمط الموجة المستمرة.
تم إدراج ست عينات إضافية في المجمل، حيث خُصت ثلاث عينات لكل من مجموعتي الضابطة السالبة والموجبة. عولجت مجموعة الضابطة السالبة بمحلول ملحي معقم، بينما عولجت مجموعة الضابطة الموجبة بـ 5.25% sodium hypochlorite (NaOCl) لمدة 30 s.
بالنسبة لمجموعات الليزر، تم اتباع بروتوكول تشعيع موحد. أُدخلت الليفة الضوئية في قناة الجذر وصولاً إلى طول العمل، وحُرِّكت بحركة لولبية بطيئة ومستمرة من الاتجاه القمي إلى التاجي طوال فترة التشعيع. استُخدمت ألياف أو رؤوس توصيل مخصصة لكل نوع من الليزر بدلاً من ليفة واحدة قابلة للتبديل. تم توصيل ليزر الدايود 808 nm عبر ليفة إرسال طرفية (end-firing fiber) بقطر 20 µm، وليزر الثوليوم 1940 nm عبر ليفة إرسال طرفية بقطر 20 µm، وليزر الإربيوم 2940 nm عبر رأس إرسال شعاعي (radial-firing tip) بقطر 400 µm. سُحبت ليفة أو رأس التوصيل بمعدل تقريبي قدره 1 mm/s. وبعد الوصول إلى فتحة القناة، أُعيدت الليفة إلى طول العمل، وكُررت الحركة اللولبية من القمة إلى التاج حتى اكتمال مدة التشعيع المحددة.
بالنسبة لليزر الثوليوم والإربيوم، ظلت القنوات ممتلئة بالمحلول الملحي المعقم أثناء التشعيع لمحاكاة التنشيط الليزري بمساعدة الماء. تم إدخال حوالي 10 µL من المحلول الملحي المعقم في كل قناة لملئها حتى مستوى فتحة القناة قبل التشعيع. وتم تعويض المحلول الملحي قبل كل دورة تشعيع، عند الضرورة، للحفاظ على قناة ممتلئة بالسائل طوال فترة العلاج. أما بالنسبة لمجموعة ليزر الدايود، فقد تم تجفيف القنوات باستخدام نقاط ورقية معقمة قبل التشعيع، لأن ليزر الدايود بطول موجي 808 nm يتميز بامتصاص منخفض نسبيًا في الماء، وقد استُخدم لإحداث تأثير مضاد للبكتيريا بالحرارة الضوئية المباشرة داخل القناة. وفي المقابل، يتميز ليزرا الثوليوم بطول موجي 1940 nm والإربيوم بطول موجي 2940 nm بامتصاص أكبر بكثير للماء، ولذلك طُبقا في قنوات ممتلئة بالمحلول الملحي لتسهيل التأثيرات الحرارية الضوئية والميكانيكية الضوئية التي تتم بوساطة الماء. كُرّر العلاج بالليزر مرة واحدة يوميًا لمدة ثلاثة أيام متتالية.
قياس درجة حرارة السطح الخارجي للجذر
تم قياس التغيرات اللحظية في درجة الحرارة على السطح الخارجي للجذر خلال اليوم الأول من التشعيع بالليزر. ثُبّت كل نموذج من الجذور عمودياً على حامل أنابيب في درجة حرارة الغرفة (22°C ± 1°C). وُضع مزدوج حراري من النوع K متصل بميزان حرارة رقمي في تلامس وثيق مع الثلث المتوسط من السطح الخارجي للجذر، بشكل عمودي على المحور الطولي للجذر. تم تحديد موضع مسبار المزدوج الحراري باستخدام مشبك قابل للتعديل، وثُبّت على سطح الجذر بشريط لاصق مقاوم للحرارة للحفاظ على تلامس وثيق ومستمر طوال فترة القياس. تمت معايرة مسبار المزدوج الحراري قبل كل جلسة قياس باستخدام الماء المغلي (10°C) ومزيج من الثلج والماء (0°C). سُجلت قراءات درجة الحرارة على فواصل زمنية قدرها 50 ms طوال فترة التشعيع (10 أو 20 أو 30 s). تم قياس كل من درجة الحرارة المرجعية وأقصى درجة حرارة سُجلت أثناء التشعيع بالليزر أو بعده مباشرة لكل نموذج. وحُسبت الزيادة في درجة الحرارة من القيمة المرجعية إلى درجة الحرارة القصوى على أنها ΔT. واعتُبرت قيمة ΔT التي تتجاوز 10°C هي العتبة التي قد تؤدي إلى حدوث تلف في أنسجة دواعم السن.
التقييم الميكروبيولوجي: عد المستعمرات ومعدل التثبيط
لتحديد التأثير المضاد للبكتيريا لمعالجات الليزر، جُمعت العينات بعد كل معالجة بالليزر. جُففت القناة باستخدام أقماع ورقية معقمة. استُخدم مبرد Hedström معقم جديد بمقاس 40 لكل عينة للحصول على رقائق عاجية من جدران القناة، وذلك لمنع التلوث الخلطي بين العينات. نُقلت كل رقاقة عاجية إلى أنبوب طرد مركزي دقيق منفصل يحتوي على 1 mL من محلول PBS المعقم. خُضعت الأنابيب للرج الدوامي القوي لمدة 30 s لتحرير البكتيريا من الرقائق العاجية. أُعدت تخفيفات تسلسلية بمقدار 10 أضعاف تتراوح من 10−1 إلى 10−6 عن طريق نقل 10 µL من المعلق البكتيري إلى 90 µL من محلول PBS المعقم في كل خطوة تخفيف. وُزعت كميات (30 µL) من كل تخفيف على أطباق أغار brain heart infusion منفصلة، ثم حُضنت عند 37°C لمدة 24 h. حُسبت المستعمرات وسُجلت كوحدات تشكيل مستعمرات (CFU). زُرع كل تخفيف في ثلاثة مكررات، واستُخدم متوسط عدد المستعمرات من الأطباق الثلاثة للتحليل. تم ترميز الأطباق قبل العد، وكان الباحث الذي يقوم بعد المستعمرات معتزلاً عن معرفة توزيعات المجموعات العلاجية.
هنا، يمثل C متوسط عدد الوحدات المكونة للمستعمرات (CFU) لمجموعة الضبط السالبة (المحلول الملحي)، بينما يمثل T متوسط عدد الوحدات المكونة للمستعمرات (CFU) للمجموعة التجريبية.
تحليل منحنى النمو البكتيري
تم استقصاء تأثير معالجات الليزر المختلفة على حركية النمو البكتيري عن طريق رسم منحنيات النمو. في اليوم الثالث بعد المعالجة النهائية بالليزر، غُسلت القنوات بـ 5 mL من محلول ملحي معقم. جُمعت محتويات القناة باستخدام نقاط ورقية معقمة، ثم نُقلت إلى أنبوب طرد مركزي يحتوي على 5 mL من مرق BHI. تم رج الأنبوب بجهاز vortex لتعليق البكتيريا في المرق. ضُبط التعليق البكتيري ليصل إلى 1 × 106 CFU/mL. تم ضبط التركيز البكتيري بناءً على قياسات OD60 باستخدام منحنى معايرة مُعد مسبقاً لبكتيريا E. faecalis ATCC 29212، وتم التحقق من ذلك لاحقاً عن طريق عد المستعمرات الحية. أُضيفت كمية قدرها 20 µL من التعليق إلى كل بئر من آبار صفيحة دقيقة معقمة ذات 96 بئراً. بالإضافة إلى ذلك، أُضيف 20 µL من الزيت المعدني المعقم إلى كل بئر لتقليل التبخر. وُضعت الصفيحة الدقيقة في جهاز مطياف ضوئي/حضانة مُثبتة عند 37°C، وقِيست OD60 كل ساعة لمدة 24 h. وقبل كل قياس لـ OD60، خضعت الصفيحة الدقيقة لرج مداري بسرعة 30 rpm تقريباً لمدة 10 s لضمان تجانس التعليق البكتيري. اختُبرت كل عينة في خمسة آبار مكررة.
التحليل الإحصائي
تُعرض جميع البيانات العددية في صورة المتوسط ± الانحراف المعياري (SD). أُجريت التحاليل الإحصائية باستخدام برنامج SPSS الإصدار 26.0. وتم تقييم توزيع البيانات باستخدام اختبار Shapiro–Wilk. كما استُخدم تحليل التباين (ANOVA) للمقارنة بين أكثر من مجموعتين، يليه اختبار Tukey للفروق الجوهرية الصادقة (HSD) لإجراء المقارنات الزوجية. أما المقارنات بين مجموعتين فقد أُجريت باستخدام اختبار t للعينات المستقلة. كما تم تقييم تجانس التباين باستخدام اختبار Levene قبل تطبيق الاختبارات المعلمية. وفي حال انتهاك فرضية تجانس التباين، طُبق تصحيح Welch حسبما اقتضت الحاجة. وحُددت الدلالة الإحصائية عند قيمة P < 0.05. كما رُسمت المخططات البيانية باستخدام برنامج GraphPad Prism الإصدار 9.0.
النتائج
النشاط المضاد للبكتيريا لمعالجات ليزر مختلفة ضد E. faecalis
تم تقييم الفعالية المضادة للبكتيريا لأنظمة الليزر الثلاثة ضد E. faecalis عن طريق تحديد أعداد CFU بعد ثلاث معالجات متتالية. تظهر النتائج في الشكل 1 والشكل التكميلي 1. أظهرت مجموعة الضابط السالب المكونة من المحلول الملحي المعقم نمواً بكتيرياً كبيراً، حيث بلغت متوسط قيمة الرمادي لعدد المستعمرات 39618.7 ± 6787.5. أما مجموعة الضابط الموجب باستخدام NaOCl بتركيز 5.25% فقد حققت متوسط معدل تثبيط إجمالي قدره 47.2% ± 3.0%، مع قيم تثبيط فردية بلغت 46.8% و43.1% و51.7%.
الشكل 1الفعالية المضادة للبكتيريا لعلاجات الليزر ضد Enterococcus faecalis. معدلات التثبيط البكتيري بعد ثلاثة أيام متتالية من العلاج باستخدام أنظمة ليزر الدايود بطول موجي 808 نانومتر، وليزر الثوليوم بطول موجي 1940 نانومتر، وليزر الإربيوم بطول موجي 2940 نانومتر، مع استخدام معاملات تشعيع مختلفة. استُخدم هيبوكلوريت الصوديوم (NaOCl) بتركيز 5.25% كمجموعة ضابطة موجبة، واستُخدم المحلول الملحى المعقم كمجموعة ضابطة سالبة بنسبة تثبيط 0%. تُمثّل البيانات في صورة المتوسط ± الانحراف المعياري (SD) لعدد n = 3 عينات مستقلة لكل مجموعة علاجية. تمثل أشرطة الخطأ الانحراف المعياري. تشير العلامة * إلى P < 0.05، وتشير ** إلى P < 0.01، وتشير *** إلى P < 0.001. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
أظهرت جميع المجموعات المعالجة بالليزر معدلات تثبيط أعلى من مجموعة الضبط الإيجابية التي عولجت بـ 5.25% NaOCl. ولوحظ زيادة في النشاط المضاد للبكتيريا مع زيادة قدرة الليزر أو طاقة النبضة وزيادة فترات التشعيع. فعلى سبيل المثال، في مجموعة ليزر الدايود 808 nm، ارتفع متوسط معدل التثبيط من 53.1% ± 6.5% عند 1.0 W لمدة 10 s إلى 80.2% ± 2.6% عند 2.0 W لمدة 30 s. ولوحظ وجود فرق ذو دلالة إحصائية بين مجموعتي العلاج 1.0 W لمدة 30 s و 2.0 W لمدة 30 s (P < 0.01).
أظهر ليزر الثوليوم بطول موجي 1940 nm نشاطاً مضاداً للبكتيريا أكبر من ليزر الدايود في معظم الظروف المختبرة. فعند قدرة 1.5 W ولمدة 10 s، كان متوسط معدل التثبيط 78.8% ± 1.9%. وعند قدرة 2.5 W ولمدة 30 s، ارتفع معدل التثبيط إلى 91.6% ± 0.4%. وقد لُوحظ أعلى معدل تثبيط ضمن مجموعة ليزر الثوليوم عند قدرة 3.5 W ولمدة 30 s، حيث وصل إلى 97.4% ± 0.8%. وكانت هذه القيمة أعلى بكثير من قيم مجموعة الضبط الإيجابية باستخدام NaOCl بتركيز 5.25% (P < 0.01) وقيم ليزر الدايود بطول موجي 808 nm عند قدرة 2.0 W ولمدة 30 s (P < 0.01).
أظهر ليزر الإربيوم بطول موجي 2940 nm أعلى نشاط مضاد للبكتيريا من بين أنظمة الليزر الثلاثة. فعند طاقة 10 mJ لمدة 10 s، بلغ متوسط معدل التثبيط 84.3% ± 1.5%. وعند 20 mJ لمدة 30 s، كان معدل التثبيط 96.5% ± 2.0%. ولوحظ أعلى معدل تثبيط عند 30 mJ لمدة 30 s، حيث وصل إلى 9.0% ± 0.6%. وكانت هذه القيمة أعلى بكثير من قيم مجموعة التحكم الإيجابية باستخدام NaOCl بتركيز 5.25% (P < 0.01)، وليزر الثوليوم بطول موجي 1940 nm بقدرة 2.5 W لمدة 30 s (P < 0.01)، وجميع مجموعات العلاج بليزر الدايود بطول موجي 808 nm (P < 0.01).
تُظهر النتائج أن جميع أنظمة الليزر الثلاثة أبدت نشاطاً مضاداً للبكتيريا ضد E. faecalis، حيث ارتبطت زيادة معايير التشعيع عموماً بمعدلات تثبيط أعلى. ومن بين الظروف المختبرة، حقق ليزر الإربيوم بطول موجي 2940 nm أعلى تثبيط مضاد للبكتيريا، يليه ليزر الثوليوم بطول موجي 1940 nm ثم ليزر الدايود بطول موجي 808 nm، مما يدعم فرضية الدراسة بأن التطهير داخل القناة بمساعدة الليزر يمكن أن يقلل بشكل فعال من العبء البكتيري في ظل الظروف التجريبية المختبرة.
تأثير المعالجات بالليزر على حركية النمو البكتيري
تم تقييم إعادة النمو البكتيري بعد المعالجة عن طريق قياس OD60 على مدار 24 h. وتظهر النتائج في الشكل 2 والشكل التكميلي 2. أظهرت مجموعة التحكم بالمحلول الملحي المعقم نمط نمو بكتيري نموذجي، يتكون من طور كمون استمر لمدة 4 h تقريبًا، يليه نمو أسي سريع بين 4 و 12 h، ثم طور استقرار تراوحت فيه قيم OD60 القصوى ما بين 1.167 و 1.245.
الشكل 2منحنيات نمو Enterococcus faecalis عقب العلاج بالليزر. حركية نمو Enterococcus faecalis تم استخلاصها من قنوات جذرية معالجة على مدار 24 ساعة، وقِيست ككثافة بصرية عند 60 نانومتر (OD60)600تظهر منحنيات النمو التمثيلية لكل من مجموعة الضبط باستخدام المحلول الملحي المعقم، ومجموعة الضبط باستخدام هيبوكلوريت الصوديوم (NaOCl) بتركيز 5.25%، ومجموعات مختارة من المعالجة بليزر الديود بطول موجي 808 نانومتر، وليزر الثوليوم بطول موجي 1940 نانومتر، وليزر الإربيوم بطول موجي 2940 نانومتر. عُرضت البيانات في شكل المتوسط ± الانحراف المعياري (SD) من n = 3 عينات مستقلة، مع خمس آبار مكررة تقنياً لكل عينة. وتمثل أشرطة الخطأ الانحراف المعياري. وتشير العلامة * إلى P < 0.05، ورمز ** يشير إلى P < 0.01، وتشير *** إلى P < 0.001. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
أظهرت المجموعات المعالجة بليزر الديود بطول موجي 808 nm تثبيطاً لنمو البكتيريا يعتمد على المعلمات المستخدمة. فعند قدرة 1.0 W لمدة 10 s، كان منحنى النمو مشابهاً لمنحنى مجموعة NaOCl بتركيز 5.25%، حيث بدأ النمو الأسي عند حوالي 8 h. أما عند قدرة 2.0 W لمدة 30 s، فقد امتدت طور الركود (lag phase) إلى حوالي 10 h، وكانت قيمة OD60 عند 14 h أقل بكثير من قيمتها في مجموعة NaOCl بتركيز 5.25% (0.559 ± 0.042 مقابل 0.934 ± 0.042، P < 0.01).
أظهرت مجموعات ليزر الثوليوم بطول موجي 1940 nm تثبيطاً أكبر للنمو البكتيري مقارنة بمجموعات ليزر الدايود. فعند قدرة 1.5 W لمدة 10 s، بدأ النمو الأسي عند حوالي 10 h. وعند قدرة 2.5 W لمدة 30 s، امتد طور الركود إلى حوالي 11 h، مع قيم OD600 أقل بكثير من قيم كل من مجموعة التحكم بالمحلول الملح المعقم وليزر الدايود 808 nm عند قدرة 2.0 W لمدة 30 s في النقطة الزمنية المقابلة (P < 0.01 لكليهما). أما عند قدرة 3.5 W لمدة 30 s، فقد ظل النمو البكتيري مثبطاً بشكل ملحوظ، حيث بقيت قيم OD60 عند أو دون 0.15 تقريباً بدءاً من الساعة 12 h وظلت دون تغيير جوهري بعد ذلك.
أظهرت مجموعات ليزر الإربيوم بطول موجي 2940 nm أكبر قدر من التثبيط لإعادة نمو البكتيريا. فعند طاقة 10 mJ لمدة 10 s، لم يُلاحظ أي زيادة أسية في النمو البكتيري حتى حوالي 10 h بعد المعالجة. وقد أدى زيادة طاقة النبضة إلى تأخير بدء النمو الأسي بشكل أكبر. فعند 30 mJ لمدة 30 s، تأخر النمو الأسي حتى حوالي 12 h، وبقيت خلالها متوسط قيمة OD60 دون 0.20. وعند 12 h، كانت قيمة OD60 لمجموعة ليزر الإربيوم 2940 nm المعالجة بطاقة 30 mJ لمدة 30 s أقل بكثير من قيمة مجموعة ليزر الديود 808 nm المعالجة بقدرة 2.0 W لمدة 30 s (0.120 ± 0.01 مقابل 0.274 ± 0.04، P < 0.01).
بشكل عام، أدت أنظمة الليزر الثلاثة جميعها إلى تأخير إعادة نمو البكتيريا مقارنة بالمجموعات الضابطة، مع ملاحظة تثبيط متزايد تدريجياً مع زيادة معاملات التشعيع. وفي ظل الظروف المختبرة، حقق ليزر الإربيوم 2940 nm أكبر تثبيط لإعادة نمو البكتيريا، يليه ليزر الثوليوم 1940 nm ثم ليزر الدايود 808 nm، مما يدعم فرضية الدراسة.
تقييم السلامة الحرارية لمعالجات الليزر المختلفة على سطح الجذر الخارجي
بالإضافة إلى نشاطها المضاد للبكتيريا، تم تقييم السلامة الحرارية لأنظمة الليزر الثلاثة من خلال قياس الزيادة في درجة حرارة سطح الجذر الخارجي (ΔT). واعتُبرت الزيادة في درجة الحرارة التي تتجاوز 10°C هي الحد الفاصل لاحتمالية حدوث إصابة في أنسجة دواعم السن. وتظهر النتائج في الشكل 3.
الشكل 3تغيرات درجة حرارة سطح الجذر الخارجي أثناء التشعيع بالليزر. التغيرات في درجة حرارة السطح الخارجي للجذر (ΔT) بعد الإشعاع باستخدام أنظمة ليزر الدايود بطول موجي 808 نانومتر، والثوليوم بطول موجي 1940 نانومتر، والإربيوم بطول موجي 2940 نانومتر، وذلك باستخدام معاملات إشعاع مختلفة. يشير الخط الأفقي المتقطع إلى الـ 10°C العتبة المرتبطة عادةً باحتمالية حدوث إصابة في أنسجة دواعم الأسنان. عُرضت البيانات كمتوسط ± الانحراف المعياري (SD) لعدد n = 3 عينات مستقلة. تمثل أشرطة الخطأ الانحراف المعياري (SD). تشير العلامة * إلى P < 0.05، وتشير ** إلى P < 0.01، وتشير *** إلى P < 0.001. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.
أحدث ليزر الديود بطول موجي 808 nm أكبر زيادة في درجة حرارة سطح الجذر الخارجي. فعند قدرة 1.0 W لمدة 10 s، كانت متوسط الزيادة في درجة الحرارة (ΔT) هي 6.0°C ± 0.7°C. وأدت زيادة وقت التشعيع إلى 30 s مع الحفاظ على القدرة نفسها إلى زيادة متوسط ΔT ليصل إلى 10.4°C ± 0.9°C. أما عند قدرة 2.0 W لمدة 30 s، فقد ارتفع متوسط ΔT بشكل أكبر ليصل إلى 14.8°C ± 3.8°C، وهو ما يتجاوز حد الأمان البالغ 10°C في جميع العينات.
أدى ليزر الثوليوم بطول موجي 1940 nm إلى زيادات معتدلة في درجة الحرارة. فعند قدرة 1.5 W ولمدة 10 s، كان متوسط ΔT هو 2.5°C ± 0.7°C. وأدت زيادة القدرة إلى 2.5 W ومدة التشعيع إلى 30 s إلى زيادة متوسط ΔT ليصل إلى 8.8°C ± 0.9°C، مع وصول إحدى العينات إلى 10.2°C. أما عند قدرة 3.5 W ولمدة 30 s، فقد ارتفع متوسط ΔT إلى 12.7°C ± 1.9°C، وتجاوزت جميع العينات حد الأمان البالغ 10°C. وكانت الزيادة في درجة الحرارة عند 3.5 W لمدة 30 s أكبر بشكل ملحوظ منها عند 2.5 W لمدة 30 s (P < 0.01).
أحدث ليزر الإربيوم بطول موجي 2940 nm أقل زيادة في درجة حرارة سطح الجذر الخارجي عبر جميع المعايير المختبرة. عند 10 mJ لمدة 10 s، كان متوسط ΔT هو 0.8°C ± 0.1°C. وعند أقصى إعداد مختبر وهو 30 mJ لمدة 30 s، كان متوسط ΔT هو 3.6°C ± 1.0°C، حيث تراوحت درجات الحرارة المقاسة من 2.1°C إلى 5.0°C. ظلت جميع زيادات درجات الحرارة المسجلة دون عتبة الأمان البالغة 10°C. وكانت زيادة درجة الحرارة الملحوظة مع ليزر الثوليوم بطول موجي 1940 nm عند 3.5 W لمدة 30 s أكبر بكثير من تلك الملحوظة مع ليزر الإربيوم بطول موجي 2940 nm عند 30 mJ لمدة 30 s (P < 0.01).
بشكل عام، أظهر ليزر الإربيوم بطول موجي 2940 nm أدنى ارتفاعات في درجة حرارة السطح الخارجي للجذر تحت جميع الظروف المختبرة، بينما أدى ليزر الدايود بطول موجي 808 nm وإعدادات ليزر الثوليوم بطول موجي 1940 nm ذات القدرة الأعلى إلى ارتفاعات أكبر في درجة الحرارة، حيث تجاوزت بعض الظروف عتبة السلامة المحددة مسبقاً.
توفر البيانات:
جميع البيانات الخام التي تدعم نتائج هذه الدراسة متوفرة في الملفات التكميلية. تتوفر الصور التمثيلية لوحدات تكوين المستعمرات (CFU) ومنحنيات النمو البكتيري الكاملة في الشكلين التكميليين 1 و2، على التوالي. كما تتوفر قياسات درجة حرارة سطح الجذر الخارجي على مستوى العينة الفردية في الجدول التكميلي 1، وتتوفر البيانات الخام للنشاط المضاد للبكتيريا، بما في ذلك القيم الرمادية لمساحة المستعمرة ومعدلات التثبيط المحسوبة لجميع مجموعات العلاج، في الجدول التكميلي 2. تحتوي هذه الملفات التكميلية على البيانات الأساسية التي تستند إليها النتائج المعروضة في المخطوطة الرئيسية.
الملفات التكميلية
الشكل التكميلي 1. أطباق تمثيلية لوحدات تشكيل المستعمرات (CFU) بعد المعالجة بالليزر لبكتيريا Enterococcus faecalis. أطباق أغار منقوع قلب ودماغ (BHI) تمثيلية تظهر وحدات تشكيل المستعمرات (CFUs) المستعادة من عينات قنوات الجذور بعد ثلاث معالجات متتالية. تم تخفيف العينات تسلسلياً (10−3) قبل الزرع في الأطباق والحضن لمدة 24 h. تظهر الصور التمثيلية لمجموعة الضبط السالبة (المحلول الملحي المعقم)، ومجموعة الضبط الموجبة (هيبوكلوريت الصوديوم (NaOCl) بتركيز 5.25%)، ومجموعة المعالجة بليزر الدايود 808 nm (بقدرة 2.0 W ولمدة 30 s)، ومجموعة المعالجة بليزر الثوليوم 1940 nm (بقدرة 3.5 W ولمدة 30 s)، ومجموعة المعالجة بليزر الإربيوم 2940 nm (بقدرة 30 mJ ولمدة 30 s). يرجى النقر هنا لتحميل هذا الملف.
الشكل التكميلي 2. منحنيات النمو الكاملة لبكتيريا Enterococcus faecalis على مدار 24 ساعة بعد المعالجة بالليزر. حركية نمو بكتيريا Enterococcus faecalis المستعادة من قنوات الجذور المعالجة على مدار 24 ساعة، والتي قيست ككثافة بصرية عند 60 نانومتر (OD60). تم ضبط المعلقات البكتيرية لتصل إلى 1 × 106 وحدة تشكيل مستعمرة (CFU)/mL وحُضنت في مرق تسريب قلب ودماغ (BHI) عند 37°C. تظهر منحنيات النمو للمجموعة الضابطة السالبة (المحلول الملحي المعقم)، والمجموعة الضابطة الموجبة (هيبوكلوريت الصوديوم (NaOCl) بتركيز 5.25%)، وجميع مجموعات المعالجة التجريبية بالليزر: ليزر الدايود 808 nm (بقدرة 1.0 و1.5 و2.0 W لمدة 10 و20 و30 s)، وليزر الثوليوم 1940 nm (بقدرة 1.5 و2.5 و3.5 W لمدة 10 و20 و30 s)، وليزر الإربيوم 2940 nm (بقدرة 10 و20 و30 mJ عند تردد 15 Hz لمدة 10 و20 و30 s). يرجى النقر هنا لتحميل هذا الملف.
الجدول التكميلي 1. قياسات درجة حرارة سطح الجذر الخارجي أثناء التشعيع بالليزر.
تم تسجيل درجات حرارة سطح الجذر الخارجي قبل التشعيع وبعده لكل عينة عولجت بليزر الديود 808 nm، أو ليزر الثوليوم 1940 nm، أو ليزر الإربيوم 2940 nm تحت ظروف القدرة أو طاقة النبضة وزمن التشعيع المحددة. حُسب فرق درجة الحرارة وفق المعادلة ΔT = درجة الحرارة بعد التشعيع − درجة الحرارة قبل التشعيع. تم تقييم ثلاث عينات مستقلة لكل مجموعة من المعايير. يرجى النقر هنا لتحميل هذا الملف.
الجدول التكميلي 2. بيانات تحليل وحدات تشكيل المستعمرات (CFU) الخام للنشاط المضاد للبكتيريا بعد العلاج بالليزر.
تظهر قيم اللون الرمادي لمساحة المستعمرة ومعدلات التثبيط المحسوبة لكل عينة بعد العلاج باستخدام ليزر الدايود 808 nm، أو ليزر الثوليوم 1940 nm، أو ليزر الإربيوم 2940 nm تحت معاملات التشعيع الموضحة. استُخدم المحلول الملحي وهيبوكلوريت الصوديوم (NaOCl) بتركيز 5.25% كمجموعات ضابطة سالبة وموجبة، على التوالي. تم حساب معدل التثبيط نسبةً إلى مجموعة الضبط بالمحلول الملحي. تم تحليل ثلاث عينات مستقلة لكل حالة علاج. يرجى النقر هنا لتنزيل هذا الملف.
المناقشة
قارنت هذه الدراسة المخبرية (ex vivo) بين الفعالية المضادة للبكتيريا والسلامة الحرارية لليزر الدايود بطول موجي 808 nm، وليزر الثوليوم بطول موجي 1940 nm، وليزر الإربيوم بطول موجي 2940 nm في القضاء على الغشاء الحيوي لبكتيريا E. faecalis من القنوات الجذرية المصابة. وقد أظهرت أنظمة الليزر الثلاثة تثبيطاً بكتيرياً أكبر من استخدام NaOCl بتركيز 5.25%؛ ومع ذلك، اختلفت فعاليتها المضادة للبكتيريا وملفاتها الحرارية بشكل ملحوظ. حقق ليزر الإربيوم (2940 nm) التوازن العام الأكثر ملاءمة، حيث جمع بين أعلى نشاط مضاد للبكتيريا وأقل زيادة في درجة حرارة السطح الخارجي للجذر. كما أظهر ليزر الثوليوم (1940 nm) فعالية قوية مضادة للبكتيريا، على الرغم من أن أعلى معايير التشعيع الخاصة به تجاوزت عتبة السلامة الحرارية البالغة 10°C. بينما أظهر ليزر الدايود (808 nm) نشاطاً مضاداً للبكتيريا أقل نسبياً وسلامة حرارية أقل ملاءمة. وتشير هذه النتائج إلى أن طول موجة الليزر ومعايير التشعيع تعد عوامل مهمة في الموازنة بين التطهير داخل القنوات وسلامة الأنسجة الداعمة للأسنان16. ومع ذلك، يجب تفسير المقارنات المباشرة بين أنظمة الليزر المختلفة بحذر لأن لكل طول موجي دواعي سريرية متميزة، وأنظمة توصيل، وآليات عمل مختلفة. وقد قارنت الدراسة الحالية الفعالية المضادة للبكتيريا في ظل ظروف مخبرية (ex vivo) موحدة، ولكن التطبيق الأمثل لكل ليزر قد يعتمد على السيناريو السريري المحدد، وأهداف العلاج، والأدوات المتاحة.
يمكن تفسير النتائج المختلفة بين أنظمة الليزر الثلاثة إلى حد كبير من خلال تفاعلاتها المعتمدة على الطول الموجي مع الماء والعاج والأغشية الحيوية البكتيرية. يُمتص ليزر الدايود بطول موجي 808 nm بشكل ضعيف بواسطة الماء ويعمل أساساً من خلال التأثيرات الحرارية الضوئية المباشرة. ويمكن لليزر الدايود القضاء على البكتيريا من خلال تمسخ البروتين الناجم عن الحرارة وتمزيق الأغشية البكتيرية17. ومع ذلك، تعتمد فعاليتها على مدى قرب تلامس أو اقتراب ليف الليزر من البكتيريا المستهدفة، وهو أمر صعب في التشريح المعقد لنظام قناة الجذر. وقد يفسر هذا سبب إنتاج ليزر الدايود لدرجة متوسطة فقط من تثبيط البكتيريا، حتى عند قدرة 2.0 W لمدة 30 s. وأظهر تحليل منحنى النمو أن بعض البكتيريا بقيت على قيد الحياة بعد العلاج بليزر الدايود واحتفظت بالقدرة على النمو مجدداً، مما يشير إلى أن الغشاء الحيوي الموجود لم يتم استئصاله بالكامل18. يتميز ليزر الثوليوم بطول موجي 1940 nm بامتصاص أكبر للماء مقارنة بليزر الدايود ويمكنه إحداث تأثيرات حرارية ضوئية وميكانيكية ضوئية في القنوات المملوءة بالسوائل19. وقد يفسر هذا الامتصاص الأكبر للماء تأثيره القوي المضاد للبكتيريا؛ ومع ذلك، فإنه يؤدي أيضاً إلى زيادات أكبر في درجة الحرارة عند إعدادات الطاقة العالية. على سبيل المثال، أدى التشعيع بقدرة 3.5 W لمدة 30 s إلى نشاط ملحوظ مضاد للبكتيريا ولكنه تجاوز عتبة 10°C الموصى بها لتجنب تلف أنسجة دواعم الأسنان11,20. وبناءً على ذلك، يبدو أن هناك مقايضة بين تحقيق تطهير كافٍ لقنوات الجذور المصابة وتجنب الزيادات المفرطة في درجة الحرارة التي قد تسبب تلفاً للأنسجة المحيطة. لا ينبغي اعتبار أنظمة الليزر هذه قابلة للتبادل المباشر لأن أطوالها الموجية لها حاملات ألوان أساسية وآليات نقل طاقة مختلفة. ينتج ليزر الدايود أساساً تأثيرات حرارية ضوئية مباشرة، بينما يتفاعل ليزر الثوليوم والإربيوم بقوة أكبر مع الماء داخل القناة ويولدان تأثيرات إضافية بوساطة السوائل. لذلك، قد تعكس الاختلافات الملحوظة كلاً من معاملات التشعيع وآليات العمل المتميزة لأنظمة الليزر الثلاثة.
أظهر ليزر الإربيوم بطول موجي 2940 نانومتر الملف التعريفي الأكثر ملاءمة بشكل عام، ويرجع ذلك أساساً إلى امتصاص الماء القوي له.21عند تفعيله في قناة مروية، يتم امتصاص طاقة الليزر بسرعة بواسطة طبقة رقيقة من الماء، مما يؤدي إلى حدوث تكهف وموجات صدمية وحركة للسوائل قادرة على تفتيت الأغشية الحيوية ميكانيكياً، مع الحد من انتقال الحرارة إلى السطح الخارجي للجذر.21,22قد تفسر هذه الآلية سبب تحقيق ليزر الإربيوم لأعلى معدل تثبيط مع الحفاظ على جميع الارتفاعات في درجات الحرارة المرتبطة بالإشعاع ضمن حد السلامة المحدد مسبقاً. وبناءً على ذلك، وفي ظل الظروف التجريبية التي تم تقييمها في هذه الدراسة خارج الجسم (ex vivo)، أظهر ليزر الإربيوم التوازن الأكثر ملاءمة بين الفعالية المضادة للبكتيريا والسلامة الحرارية من بين أنظمة الليزر التي تم اختبارها. ومع ذلك، فإن هذه النتائج تقتصر على ما تم اختباره من خارج الجسم الحي والظروف، ولا تثبت التفوق السريري لليزر الإربيوم. وعلاوة على ذلك، داخل الكائن الحي وتتطلب هذه النتائج إجراء دراسات سريرية قبل أن يتسنى تحويلها إلى توصيات علاجية سريرية. كما يُلاحظ أيضاً انخفاض معدل التثبيط المرصود مع استخدام NaOCl بتركيز 5.25%. فقد استُخدم NaOCl لفترة طويلة كمادة ري قياسية للقضاء على البكتيريا أثناء علاج قناة الجذر؛ ومع ذلك، قد يكون تأثيره المضاد للبكتيريا محدوداً في الأغشية الحيوية الناضجة وفي أنيبات العاج العميقة بسبب محدودية التغلغل، والتعادل الكيميائي، والطبيعة الواقية لمصفوفة الغشاء الحيوي.23,24تشير هذه النتائج إلى أن التأثيرات الفيزيائية الناتجة عن الليزر، بما في ذلك التكهف، والموجات الصدمية، والتدفق الصوتي، قد تعزز عملية القضاء على البكتيريا بما يتجاوز مجرد الري باستخدام هيبوكلوريت الصوديوم وحده.8,25وبناءً على ذلك، تدعم نتائج هذه الدراسة استخدام الري بمساعدة الليزر كطريقة تكميلية لتطهير القناة الجذرية بدلاً من أن يكون بديلاً لبروتوكولات الري التقليدية. وقد أُدرج المحلول الملحي وNaOCl كعناصر تحكم كيميائية سلبية وتقليدية على التوالي، نظراً لأن الهدف الأساسي من هذه الدراسة كان مقارنة أنظمة الليزر الثلاثة تحت ظروف تجريبية موحدة. كما لم يتم تصميم الدراسة لمقارنة التشعيع بالليزر مع بروتوكولات الري الصوتية أو فوق الصوتية المعاصرة أو غيرها من بروتوكولات الري المنشطة. ونتيجة لذلك، فإن غياب مجموعات المقارنة هذه يحد من الأهمية السريرية للنتائج، وهو أمر ينبغي معالجته في الدراسات المستقبلية.
تظل السلامة الحرارية اعتباراً هاماً للتطبيقات السريرية. فقد تجاوز تشعيع ليزر الدايود (Diode laser) لمدة 30 s أو اقترب من عتبة 10°C في ظل عدة معايير تشعيع، مما يشير إلى وجود خطر محتمل لإصابة أنسجة دواعم السن26. وأظهرت ليزرات الثوليوم (Thulium lasers) تأثيرات مضادة للبكتيريا أكبر من ليزرات الدايود؛ ومع ذلك، تقلص هامش سلامتها عند إعدادات الطاقة الأعلى، لا سيما عند 3.5 W لمدة 30 s. وفي المقابل، حافظ ليزر الإربيوم (erbium laser) بطول موجي 2940 nm على زيادات في درجة الحرارة أقل من 5°C حتى عند أعلى إعداد تم اختباره. وتشير هذه النتائج إلى ضرورة الاختيار الدقيق للمعايير عند استخدام ليزرات الدايود أو الثوليوم، بينما أظهر ليزر الإربيوم هامش سلامة حرارية أوسع في ظل الظروف التي تم تقييمها في هذه الدراسة.
تتضمن هذه الدراسة عدة قيود؛ أولاً، استُخدم فيها نموذج خارج الجسم (ex vivo)، وهو ما لا يمكنه محاكاة البيئة البيولوجية للعدوى السريرية بشكل كامل. وبوجه خاص، فإن غياب التروية الدموية والتبريد الفسيولوجي للأنسجة قد يؤثر على تبديد الحرارة وتغيرات درجة حرارة سطح الجذر الخارجي. بالإضافة إلى ذلك، فإن غياب الاستجابات المناعية للعائل يعني أن النتائج المضادة للبكتيريا تعكس فقط التأثيرات المباشرة لإشعاع الليزر، ولا تأخذ في الحسبان التصفية البكتيرية بوساطة المناعة. ثانياً، تم فحص نوع بكتيري واحد فقط وهو *E. faecalis*، بينما تحتوي معظم القنوات الجذرية المصابة على أغشية حيوية متعددة الميكروبات.27لا يمكن لنموذج النوع الواحد محاكاة التفاعلات بين الأنواع، أو بنية الغشاء الحيوي غير المتجانسة، أو تفاوت الحساسية للمضادات الميكروبية التي تميز العدوى السريرية متعددة الميكروبات. وبناءً على ذلك، فإن الفعالية المضادة للبكتيريا الملحوظة ضد *E. faecalis* لا ينبغي تعميمها على كامل المجتمع الميكروبي الموجود في القنوات الجذرية المصابة. ثالثاً، أُجريت جميع التجارب تحت ظروف مخبرية ساكنة، بينما تتأثر الأسنان في الجسم الحي بالأنسجة المحيطة والتروية الدموية، مما قد يؤثر على تبديد الحرارة.28وأخيراً، تم تقييم توليفات مختارة فقط من الأطوال الموجية ومعايير التشعيع. وقد اختيرت الأطوال الموجية المختبرة لتمثيل أنظمة الليزر ذات خصائص امتصاص الماء وآليات العمل المضادة للبكتيريا المختلفة، بينما اختيرت إعدادات التشعيع لتمثل مستويات الطاقة أو الطاقة المحددة ومدد التعرض الممكنة سريرياً. ومع ذلك، فإن العدد المحدود من توليفات المعايير يحد من إمكانية تعميم النتائج، وينبغي تقييم إعدادات إضافية في الدراسات المستقبلية. ورغم أن *E. faecalis* غالبًا ما يُستخدم ككائن نموذجي في أبحاث علاج الجذور نظرًا لاستمراريته ومقاومته للتحديات المضادة للميكروبات، ومع ذلك، لا ينبغي اعتباره المؤشر الوحيد على العدوى في علاج الجذور أو فشل العلاج. فعادةً ما تكون الإصابات السريرية متعددة الميكروبات، وهناك حاجة إلى دراسات مستقبلية تستخدم نماذج الغشاء الحيوي متعدد الأنواع لتعكس بشكل أفضل تعقيد ميكروبيوتا قناة الجذر.
باختصار، أظهر كل نظام ليزر نشاطًا مضادًا للبكتيريا ضد E. faecalis أكبر من نشاط NaOCl بتركيز 5.25% بمفرده. وفي ظل الظروف التجريبية التي تم تقييمها في هذه الدراسة خارج الحيوية (ex vivo)، أظهر ليزر الإربيوم بطول موجي 2940 nm التوازن الأكثر ملاءمة بين الفعالية المضادة للبكتيريا والسلامة الحرارية. كما أظهر ليزر الثوليوم بطول موجي 1940 nm نشاطًا قويًا مضادًا للبكتيريا؛ ومع ذلك، أدت إعدادات الطاقة العالية إلى زيادة مخاطر التلف الحراري للأنسجة. بينما أظهر ليزر الديود بطول موجي 808 nm فعالية أقل في مكافحة البكتيريا وسلامة حرارية أقل ملاءمة مقارنة بليزر الثوليوم والإربيوم. وتدعم هذه النتائج إجراء المزيد من الاستقصاءات حول التطهير بمساعدة ليزر الإربيوم 2940 nm كنهج إضافي واعد لعلاج قناة الجذر29.
الإفصاحات
تضارب المصالح:
يصرح المؤلفون بأنه ليس لديهم أي تضارب في المصالح يتعلق بهذه الدراسة. لا توجد تضاربات في المصالح مالية أو غير مالية، بما في ذلك التوظيف، أو الاستشارات، أو ملكية الأسهم، أو المكافآت، أو شهادات الخبراء مدفوعة الأجر.
شكر وتقدير
تم دعم هذه الدراسة من قبل برنامج الأبحاث الطبية التابع للجنة الصحة في منطقة هونغكو.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| محلول ملحي بتركيز 0.9% | Beyotime | ST341-500مل | تخزين الأسنان، والري، والضابط السلبي |
| أنبوب طرد مركزي دقيق سعة 1.5 مللتر | Axygen | MCT-150-C | جمع العينات والتخفيف التسلسلي |
| طبق زراعة مكون من 24 بئراً | Corning | 3524 | تحضين الغشاء الحيوي |
| لوح ميكروي ذو 96 بئراً | Corning | 3599 | مقايسة منحنى النمو البكتيري |
| جهاز التعقيم بالبخار (Autoclave) | توتناور (Tuttnauer) | ٢٥٤٠ هـ | تعقيم الجذور المُحضرة |
| آجار مستخلص الدماغ والقلب (BHI) | BD Biosciences | 211065 | الاستنبات البكتيري وتعداد الوحدات المكونة للمستعمرات (CFU) |
| مرق مستخلص دماغ وقلب (BHI) | BD Biosciences | 237500 | زراعة البكتيريا وتحليل منحنى النمو |
| طلاء أظافر شفاف | Beyotime | C0187 | سد سطح الجذر الخارجي |
| منشار ماسي (منخفض السرعة) | بيولر | منشار IsoMet منخفض السرعة | تقطيع التاج |
| ميزان حرارة رقمي (متوافق مع المزدوجة الحرارية من النوع K) | أوميغا للهندسة (OMEGA Engineering) | HH802U | قياس درجة حرارة سطح الجذر الخارجي |
| Enterococcus faecalis ATCC 29212 | مجموعة مزارع النوع الأمريكية (ATCC) | ATCC 29212 | سلالة بكتيرية |
| حمض إيثيلين ثنائي الأمين رباعي الخليك (EDTA)، 17% | Sigma-Aldrich | E9884 | الشطف النهائي للقناة |
| راتنجات مركبة قابلة للتدفق | 3M ESPE | 6031A2 | سد الثقبة الذروية |
| GraphPad Prism | برمجيات GraphPad | الإصدار 9.0 • RRID: SCR_002798 | توليد الرسوم البيانية |
| هيدسترومöملف m، مقاس 40 | Dentsply Maillefer | 80603010042 | جمع رقائق العاج |
| مبرد K، مقاس 10 | Dentsply Maillefer | 800-0210 | تحديد طول العمل |
| نظام ليزر، ليف مطعم بالثوليوم بطول موجي 1940 نانومتر | شركة مينوفيكس للتكنولوجيا الطبية (شينزين) المحدودة (أربادينت) | TN20 | التشعيع بالليزر |
| نظام ليزر، Er:YAG بطول موجي 2940 نانومتر | شركة PointNix المحدودة | الحزمة النمطية | التشعيع بالليزر |
| نظام ليزر، صمام ثنائي 808 نانومتر | elexxion AG | Claros Nano | التشعيع بالليزر |
| الماصة الدقيقة | Eppendorf | 3123000063 | تلقيح العينة |
| زيت معدني (معقم) | Sigma-Aldrich | M5904 | منع التبخر أثناء مقايسة منحنى النمو البكتيري |
| نظام مبارد دوارة من النيكل-تيتانيوم (تحضير F3) | Dentsply Sirona | ProTaper Gold | تحضير القناة الجذرية |
| ليف بصري لليزر الألياف المطعّم بالثوليوم بطول موجي 1940 نانومتر | شركة Menovex Medical Technology (Shenzhen) Co., Ltd. (Arpadent) | 400 µm القُطر | التشعيع بالليزر |
| ألياف بصرية لليزر Er:YAG بطول موجي 2940 نانومتر | شركة PointNix المحدودة | 600 µm القطر | التشعيع بالليزر |
| ليف بصري لليزر الصمام الثنائي بطول موجي 808 نانومتر | elexxion AG | elexxion longlife 200, 200 µm (رقم المادة 10063) | التشعيع بالليزر |
| المسبار اللثوي | Hu-Friedy | PCPUNC156 | قياس طول الجذر |
| مِكراش اللثة | Hu-Friedy | SJ34-35 | إزالة الرواسب الكلسية والأنسجة الرخوة |
| محلول ملحي منظم بالفوسفات (PBS) | Gibco / Thermo Fisher Scientific | 10010023 | الغسل والتخفيف البكتيري |
| رؤوس الماصات (10 µL, 200 µL, 1000 µL) | Axygen | T-300 / T-200-Y / T-1000-B | مناولة السوائل |
| حامل أدوات المختبر | Biosharp | BS-IT-01 | تثبيت عينة الجذور |
| المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) | Hitachi High-Technologies | TM4000Plus | تصوير الغشاء الحيوي الرقيق |
| حضّانة هزّازة | Thermo Fisher Scientific | MaxQ 4000 | حضن المزارع المرقية |
| هيبوكلوريت الصوديوم (NaOCl)، 5.25% | Sigma-Aldrich | 425044 | ري القناة والضابط الموجب |
| جهاز قياس الطيف الضوئي/الحاضنة (قارئ الأطباق الدقيقة) | BioTek / Agilent Technologies | الحقبة 2 | قياسات الكثافة الضوئية عند 600 نانومتر (OD600) |
| SPSS | IBM | الإصدار 26.0 • معرف الموارد البحثية: SCR_002865 | التحليل الإحصائي |
| أقماع ورقية معقمة | Dentsply Maillefer | أقماع ورقية ماصة، ISO 20، بميل 0.02، 28 مم | تجفيف القناة وأخذ عينات بكتيرية |
| مجس المزدوجة الحرارية (النوع K) | أوميجا للهندسة (OMEGA Engineering) | 88000 | قياس درجة الحرارة |
| جهاز مزج دوامي | الصناعات العلمية | Vortex-Genie 2 | خلط المعلقات البكتيرية |
المراجع
- Stuart CH, Schwartz SA, Beeson TJ, Owatz CB. Enterococcus faecalis: its role in root canal treatment failure and current concepts in retreatment. J Endod. 2006;32(2):93-98.
- Love RM. Enterococcus faecalis: a mechanism for its role in endodontic failure. Int Endod J. 2001;34(5):399-405.
- Sedgley CM, Lennan SL, Appelbe OK. Survival of Enterococcus faecalis in root canals ex vivo. Int Endod J. 2005;38(10):735-742.
- Siqueira JF Jr, Rôças IN. Clinical implications and microbiology of bacterial persistence after treatment procedures. J Endod. 2008;34(11):1291-1301.
- Peters OA. Current challenges and concepts in the preparation of root canal systems: a review. J Endod. 2004;30(8):559-567.
- Zehnder M. Root canal irrigants. J Endod. 2006;32(5):389-398.
- Marending M, et al. Effect of sodium hypochlorite on human root dentine: mechanical, chemical and structural evaluation. Int Endod J. 2007;40(10):786-793.
- de Groot SD, et al. Laser-activated irrigation within root canals: cleaning efficacy and flow visualization. Lasers Med Sci. 2009;24(6):1017-1024.
- Schoop U, et al. Innovative wavelengths in endodontic therapy: a comparative study of Er:YAG and diode laser for bacterial reduction. Lasers Surg Med. 2006;38(5):432-437.
- Gutknecht N, et al. Bactericidal effect of a 980-nm diode laser in the root canal wall dentin of bovine teeth. J Clin Laser Med Surg. 2004;22(1):9-13.
- Hin R, Klinke T, Gutknecht N. Antibacterial effect of a 1940-nm thulium laser in root canal treatment. Lasers Med Sci. 2018;33(5):1051-1056.
- Hibst R, Keller U. Experimental studies of the application of the Er:YAG laser on dental hard substances: I. Measurement of the ablation rate. Lasers Surg Med. 1989;9(4):338-344.
- DiVito E, Peters OA, Olivi G. Effectiveness of the erbium:YAG laser and new design radial and stripped tips in removing the smear layer. J Endod. 2012;38(6):763-766.
- Meire MA, et al. Effectiveness of different laser systems to kill Enterococcus faecalis in aqueous suspension and in an infected tooth model. Int Endod J. 2009;42(4):351-359.
- Eriksson AR, Albrektsson T. Temperature threshold levels for heat-induced bone tissue injury: a vital microscopic study in the rabbit. J Prosthet Dent. 1983;50(1):101-107.
- Stabholz A, Sahar-Helft S, Moshonov J. Lasers in endodontics. Dent Clin North Am. 2004;48(4):809-832.
- Gutknecht N, et al. Temperature evolution on human teeth root surface after diode laser irradiation. J Oral Laser Appl. 2005;5(2):75-80.
- Schoop U, et al. Bactericidal effect of different laser systems in the deep layers of dentin. Lasers Surg Med. 2004;35(2):111-116.
- Fried NM, Murray KE. High-power thulium fiber laser ablation of urinary tissues at 1.94 µm. J Endourol. 2005;19(1):25-31.
- Hmud R, et al. Cavitational effects in aqueous endodontic irrigants generated by near-infrared lasers. J Endod. 2010;36(2):275-278.
- Matsumoto H, Yoshimine Y, Akamine A. Visualization of irrigant flow and cavitation induced by Er:YAG laser within a root canal model. J Endod. 2011;37(6):839-843.
- George R, Walsh LJ. Thermal effects of Er:YAG laser on dentin: an in vitro study. J Oral Laser Appl. 2007;7(3):155-159.
- Siqueira JF Jr, et al. Bacteriologic investigation of the effects of sodium hypochlorite and chlorhexidine during the endodontic treatment of teeth with apical periodontitis. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod. 2007;104(1):122-130.
- Zou L, et al. Penetration of sodium hypochlorite into dentin. J Endod. 2010;36(5):793-796.
- Peters OA, et al. Disinfection of root canals with photon-induced photoacoustic streaming. J Endod. 2011;37(7):1008-1012.
- Attrill DC, et al. Thermal effects of the Er:YAG laser on a simulated dental pulp: a quantitative evaluation of the effects of a water spray. J Dent. 2004;32(1):35-40.
- Shen Y, Stojicic S, Haapasalo M. Antimicrobial efficacy of chlorhexidine against bacteria in biofilms at different stages of development. J Endod. 2011;37(5):657-661.
- Kimura Y, et al. Histopathological changes in dental pulp irradiated by Er:YAG laser: a preliminary report. J Clin Laser Med Surg. 2002;20(4):203-207.
- Olivi G, et al. Disinfection efficacy of photon-induced photoacoustic streaming on root canals infected with Enterococcus faecalis: an ex vivo study. J Am Dent Assoc. 2014;145(8):843-848.