פרוטוקול זה משווה בין לייזרים מסוג דיודה, תוליום וארביום לחיטוי תעלות השורש במודל ex vivo Enterococcus faecalis מודל של תעלה השורש על ידי הערכת היעילות האנטי-בקטריאלית וטמפרטורת פני השורש החיצוניים, במטרה לזהות פרמטרי הקרנה בטוחים ואפקטיביים.
מאמר מחקר
לייזרים מסוג תוליום, ארביום ודיודה לדה-קונטמינציה תוך-תעיליתית: פעילות אנטי-Enterococcus faecalis ובטיחות תרמית Ex Vivo
34 צפיות
⸱
11 בספטמבר 2026
במאמר זה
סיכום
תקציר
השקיה בסיוע לייזר התגלתה כתוסף מבטיח לחיטוי תעלות השורש; עם זאת, ראיות המשוות באופן ישיר מערכות לייזר שונות תחת תנאים ניסיוניים סטנדרטיים נותרו מוגבלות. מחקר ex vivo זה השווה את היעילות האנטיבקטריאלית והבטיחות התרמית של לייזר דיודה ב-808 nm, לייזר תוליום ב-1940 nm ולייזר ארביום ב-2940 nm לדה-קונטמינציה תוך-תעלתית נגד Enterococcus faecalis. דגימות סטנדרטיות של תעלות שורש אנושיות מזוהמות טופלו באמצעות פרמטרי הקרנה רלוונטיים קלינית. היעילות האנטיבקטריאלית הוערכה על ידי הפחתת מספר יחידות יוצרות מושבות (CFU) וניתוח עקומות צמיחה בקטריאלית, בעוד שהבטיחות התרמית נבדקה על ידי מדידת שינויי הטמפרטורה של פני השורש החיצוניים במהלך הקרנת הלייזר. כל שלוש מערכות הלייזר הדגימו פעילות אנטיבקטריאלית גבוהה יותר מאשר קבוצות הביקור שטופלו בתמיסת סליין. לייזר הארביום השיג את ממוצע שיעור העיכוב הגבוה ביותר (99.0%) ב-30 mJ למשך 30 s, תוך שמירה על עליות טמפרטורה של פני השורש החיצוניים מתחת לסף הבטיחות התרמית המקובל של 10°C. לייזר התוליום הפיק פעילות אנטיבקטריאלית דומה, אך חרג מסף הבטיחות התרמית בהגדרות ההקרנה הגבוהות ביותר שלו. לייזר הדיודה הדגים יעילות אנטיבקטריאלית נמוכה יותר ועליות טמפרטורה גבוהות יותר מאשר לייזר התוליום והארביום תחת התנאים שנבדקו. במסגרת המגבלות של מודל ex vivo זה, לייזר הארביום ב-2940 nm הדגים את האיזון הנוח ביותר בין יעילות אנטיבקטריאלית לבטיחות תרמית, והוא מייצג גישה משלימה מבטיחה לחיטוי תוך-תעלתי.
מבוא
הגורם העיקרי לפולפיטיס (דלקת מוך השן) ולפריודונטיטיס אפקלית (דלקת סביב השורש) הוא זיהום חיידקי של מערכת תעלות השורש1. על פי מחקר אחד, Enterococcus faecalis זוהה כבידוד החיידקי השכיח ביותר במטופלים עם זיהום כרוני או חוזר לאחר טיפול אנדודונטי2,3. חיידק זה מחזיק בגורמי virulent (ארגוניות) רבים, כולל יצירת ביופילם; הוא מסוגל לחדור אל תוך התעלות הדנטיניות לעומק של עד 800 µm ולשרוד בתנאים של מחסור בחומרי הזנה2,3. תכונות אלו תורמות לעמידותו בפני חומרי חיטוי סטנדרטיים המשמשים במהלך טיפול בתעלות השורש, וכן בפני מנגנוני ההגנה הטבעיים של הגוף. לפיכך, חוסר היכולת להשמיד את כל שאריות ה-E. faecalis ממערכת תעלות השורש מהווה סיבה משמעותית לכישלון של טיפולים אנדודונטיים4.
טיפול שורש עכשווי משלב ניקוי מכני באמצעות מכשירים יחד עם שטיפה כימית כדי לסייע בסילוק מיקרואורגניזמים ממערכת תעלות השורש5. למרות ששימוש במכשירים מכניים יעיל מאוד בהפחתת אוכלוסיות חיידקים, אזורים רבים בתוך האנטומיה המורכבת של תעלת השורש נותרים בלתי נגישים למכשירים לבדם5. לכן, לחומרי שטיפה כימיים תפקיד חשוב בחיטוי מערכת תעלות השורש. עם זאת, מחקרים הראו כי אפילו החומרים הכימיים העוצמתיים ביותר אינם מצליחים לסלק לחלוטין ביופילמים חיידקיים6. יתרה מכך, חלק מהחומרים הכימיים המשמשים במהלך טיפול אנדודונטי עלולים לפגוע בתקינות המבנית של הדנטין6,7. כדי לשפר את יעילות החיטוי ולהשיג סילוק מלא יותר של ביופילמים חיידקיים ממערכת תעלות השורש, נבחנו מספר שיטות להפעלת חומרי שטיפה כימיים. ביניהן, שטיפה מופעלת בלייזר עלתה כאלטרנטיבה מבטיחה יותר8. לייזרים מסוג diode, thulium ו-erbium נבחנו אף הם לצורך בחינת פוטנציאלם ליצירת אפקטים פוטותרמיים ופוטומיכניים המסוגלים לשבש דפנות תאי חיידקים וביופילמים9.
האינטראקציה בין כל אחד מסוגי לייזרים אלו לבין הרקמות עמן הם באים במגע משתנה באופן משמעותי בהתאם לאורך הגל. לייזרים מסוג דיודה, הפולטים בדרך כלל אור באורכי גל הנעים בין 808 ל-980 nm, נספגים על ידי כרומופורים ברקמות ביולוגיות, מה שמוביל לתגובה פוטותרמית שבה חלבונים עוברים דנטורציה וחיידקים נהרגים10. לייזרים מסוג תוליום פועלים ב-1940 nm ומראים ספיגה גבוהה על ידי מים. לכן, נמצא כי לייזרים מסוג תוליום מתאימים לסביבות רטובות, כולל תעלות שורש מלאות בתמיסת שטיפה11. בשל ספיגת המים הגבוהה שלהם, לייזרים מסוג תוליום יכולים לחמם ולאייד נוזלים במהירות כאשר הם משמשים בתעלות שורש עם שטיפה. האידוי מייצר גלי הלם שעשויים לסייע בפירוק ביופילמים חיידקיים. לייזרים מסוג ארביום, ובמיוחד אלה הפועלים ב-2940 nm, הם בעלי מקדם הספיגה הגבוה ביותר למים מבין הלייזרים הדנטליים12. בתעלות עם שטיפה, תכונה זו יכולה לייצר אידוי נפיץ וגלי הלם המנתקים והורגים חיידקים באופן מכני, תוך הגבלה פוטנציאלית של מעבר החום לדנטין הסובב13.
למרות שהעניין בטכנולוגיית לייזר לשימוש באנדודונטיה ממשיך לעלות, רבים מהפרמטרים הקליניים האופטימליים עבור מערכות לייזר שונות נותרו לא ידועים. השיטות הנוכחיות לשימוש קליני מבוססות בדרך כלל על ניסיון אמפירי או על הנחיות המומלצות על ידי היצרן, עם תמיכה מוגבלת המבוססת על ראיות14. בנוסף, רוב המחקרים עד כה העריכו את ההשפעות האנטי-מיקרוביאליות של לייזרים; עם זאת, היבט חשוב של הטיפול בלייזר זכה לתשומת לב מועטה יחסית: הסיכון לפגיעה תרמית ברקמות הפריודונטליות. מקובל בדרך כלל כי עלייה בטמפרטורת פני השורש החיצונית של יותר מ-10°C עלולה להוביל לנזק קבוע לרצועה הפריודונטלית ולעצם הסובבת15. נראה כי לא פורסמה השוואה ישירה בין מערכות לייזר שונות שמעריכה באופן שיטתי הן את היעילות האנטי-מיקרוביאלית והן את הבטיחות התרמית שלהן תחת תנאים ניסיוניים מבוקרים.
המטרה העיקרית של מחקר ex vivo זה הייתה לבחון ולהשוות את היעילות האנטימיקרובית והבטיחות התרמית של שלוש מערכות לייזר — לייזר דיודה של 808 nm, לייזר תוליום של 1940 nm ולייזר ארביום של 2940 nm — להסרת ביופילם של E. faecalis מדפנות התעלה השורש. כדי לזהות שילובי פרמטרים המשיגים חיסול חיידקים יעיל תוך שמירה על בטיחות תרמית, מחקר זה העריך פרמטרי הקרנה רלוונטיים קלינית. הצפי הוא שממצאים אלו יסייעו לקלינאים לבחור גישות בטיחותיות ויעילות מסייעות לייזר לחיטוי אנדודונטי.
פרוטוקול
מחקר זה נערך בהתאם לסטנדרטים האתיים של בית החולים הרביעי לאנשים בשנגחאי, בית הספר לרפואה, אוניברסיטת טונגג'י, ואושר על ידי הוועדה המוסדית לביקורת (מספר אישור 2026013-01). שיני אדם שולפות ששימשו במחקר זה נאספו ממטופלים שעברו עקירה מסיבות אורתודונטיות או פריודונטליות. הסכמה מדעת בכתב התקבלה מכל המשתתפים לפני איסוף הדגימות. לא בוצעו התערבויות קליניות נוספות לצורך מחקר זה. המחקר נערך בהתאם לדרישות המוסדיות לשימוש בשיני אדם שולפות.
הכנת דגימות וקריטריונים לבחירה
בסך הכל 141 שיניים קבועות בעלות שורש אחד (שיניים חותכות וקדמיות של הלסת התחתונה) שהוצאו לאחרונה התקבלו מהמחלקה לסטומטולוגיה, המסונפת לאוניברסיטת Tongji בבית החולים הרביעי לאנשים בשנגחאי. כל השיניים הוסרו מסיבות אורתודונטיות או פריודונטליות. הסכמה מושכלת התקבלה מכל מטופל. במחקר זה נכללו שיניים עם שורשים באורך של לפחות 10 מילימטרים, כפי שנקבע באמצעות גש פריודונטלי, שיניים שלמות ללא נגעי עששת או סדקים, עם התפתחות שורש מלאה ועקמומיות שורש של פחות מ-10 מעלות לפי שיטת Schneider. מהמחקר הוצאו שיניים עם תעלות מרובות, התקבצות תעלות, רסורפציה פנימית או טיפול אנדודונטי קודם. לאחר העקירה, כל האבנית הנראית ושאריות הרקמה הרכה הוסרו באמצעות סקאלר פריודונטלי. לאחר מכן, השיניים הוקפאו בתמיסת סליין 0.9% בטמפרטורה של 4°C עד למועד השימוש כדי למנוע התייבשות, וכל הניסויים נערכו בתוך שלושה חודשים מהעקירה. הדגימות הוקצו לקבוצות הניסוייות באמצעות רצף הקצאה לסירוגין שהוגדר מראש. באופן ספציפי, הדגימות הוקצו לרצף לקבוצה אחת לאחר השנייה בשיטה לסירוגין עד שהושג גודל המדגם הנדרש לכל קבוצה. לא בוצע חישוב עוצמה פורמלי a priori. גודל המדגם נבחר על בסיס מחקרי ex vivo דומים קודמים, מספר שילובי פרמטרי הקרינה שנבחנו, וזמינותן של שיניים עקורים מתאימים.
הכנה ועיקור של תעלות השורש
כל כתר שן הוסר בחיבור השמאי-זגוגית (cementoenamel junction) באמצעות מסור יהלום במהירות נמוכה תחת קירור רציף במים כדי להשיג מקטע שורש סטנדרטי באורך 10 mm. אורך העבודה נקבע כמרחק של 1 mm מהפוראמן האפיקלי (apical foramen) באמצעות K-file בגודל 10. תעלות השורש הוכשרו באמצעות מערכת הסיבוב מהניקל-טיטניום ProTaper Universal בהתאם להוראות היצרן, לפי הרצף S1, S2, F1, F2 ו-F3 עד להשגת גודל הכנה אפיקלית של F3. במהלך הכליים (instrumentation), התעלות שוטפו בכ-2 mL של sodium hypochlorite בריכוז 5.25% לאחר השימוש בכל קובץ סיבוב, מה שהוביל לנפח שטיפה כולל של כ-10 mL לכל תעלה. שטיפה סופית בוצעה עם 5 mL של EDTA בריכוז 17% למשך 1 min, ולאחריה 5 mL של סליין סטרילי. הפוראמן האפיקלי נחתם באמצעות רזין קומפוזיט זורם כדי ליצור מערכת תעלות סגורה. שורשים מוכנים עוקרו באוטוקלאב בטמפרטורה של 121°C למשך 20 min, נשמרו ב-phosphate-buffered saline (PBS) סטרילי בטמפרטורה של 4°C, והוחדרו בחיידקים תוך 24 h לאחר העיקור.
זן חיידקים ותנאי תרבית
E. faecalis ATCC 29212 שימש להקמת מודל של תעלת שורש מזוהמת. הזן גודל על מצע אגר brain heart infusion (BHI) בטמפרטורה של 37°C למשך 24 h בתנאים אירוביים. מושבה בודדת הועברה לציר BHI ודגרה בטמפרטורה של 37°C למשך 18–24 h. תרחיף החיידקים כוונן לריכוז של כ-1.5 × 108 CFU/mL, שווה ערך לסטנדרט McFarland 0.5, באמצעות ערך צפיפות אופטית ב-60 nm (OD60) של 0.08–0.10.
הקמת מודל של תעלת שורש מזוהמת ב- E. faecalis
כדי להקים מודל של ביופילם בתעלת שורש מזוהמת, המשטח החיצוני של כל שורש שעבר סטריליזציה כוסה בשתי שכבות של לק שקוף כדי למנוע חדירה של חיידקים דרך הצמנטום. האזור האפיקלי כוסה לאחר שחור התעלה האפיקלי נחתם באמצעות קומפוזיט שרף זורם, בעוד שפתח התעלה הושאר ללא כיסוי כדי לאפשר הזרקה של חיידקים. באמצעות מיקרופיפטה סטרילית, הועברו 10 µL של תרחיף E. faecalis לכל תעלת שורש בודדת כדי למלא את כל אורך התעלה ללא נזילה. הדגימות המזוהמות הונחו לאחר מכן באופן פרטני בלוחות תרבית סטריליים של 24 בארות, כאשר לכל בארה נוספו 1.5 mL של מצע BHI. הדגימות גודלו בטמפרטורה של 37°C בתנאים אירוביים למשך 21 ימים. מצע הגדילה הוסר והוחלף במצע BHI סטרילי טרי מדי יומיים כדי לספק חומרי הזנה להמשך גדילת החיידקים ולהסיר פסולת תאית שהצטברה. לא בוצעה הזרקה נוספת של E. faecalis במהלך החלפת המצע. לאחר השלמת תקופת הדגירה, כל הדגימות החיות נשטפו פעם אחת ב-PBS כדי להסיר חיידקים פלנקטוניים שאינם קשורי היטב לפני הבדיקה הניסויית. שתי דגימות שנבחרו באופן אקראי שימשו להדמיית היווצרות ביופילם בוגר וחדירת חיידקים לתוך השפופיות הדנטינליות באמצעות מיקרוסקופ אלקטרוני סורק (SEM). הדגימות קובעו ב-2.5% גלוטראלדהיד בטמפרטורה של 4°C למשך 24 שעות, נשטפו שלוש פעמים ב-PBS, עברו דהידרטציה בסדרת אתנול מדורגת (30%, 50%, 70%, 80%, 90%, ו-10%), כאשר כל שלב נמשך 10 דקות, ולאחר מכן פולחו לאורכן, יובשו באוויר, הותבעו על בסי אלומיניום, קוייו בזהב בשיטת sputter ונבדקו ב-SEM.
קבוצות ניסוי ופרוטוקולים של הקרנה בלייזר
135 דגימות שורשים מזוהמות חולקו לשלוש קבוצות ניסוי עיקריות בהתאם למערכת הלייזר ששימשה: קבוצת לייזר דיודה 808 nm, קבוצת לייזר תוליום 1940 nm, וקבוצת לייזר ארביום 2940 nm. בכל קבוצת לייזר היו 45 דגימות, אשר חולקו תתי-קבוצות בהתאם לפרמטרי ההקרנה. לייזר הדיודה הופעל בהספקים ממוצעים של 1.0, 1.5 או 2.0 W, וכל הגדרת הספק הוחלה למשך 10, 20 או 30 s, מה שהביא לתשע תתי-קבוצות עם שלוש דגימות בכל תת-קבוצה. לייזר התוליום הופעל בהספקים ממוצעים של 1.5, 2.5 או 3.5 W, וכל הגדרת הספק הוחלה למשך 10, 20 או 30 s, מה שהביא אף כן לתשע תתי-קבוצות עם שלוש דגימות בכל תת-קבוצה. לייזר הארביום הופעל במצב פולס קצר מאוד בתדר קבוע של 15 Hz. אנרגיות פולס של 10, 20 או 30 mJ הוחלו למשך 10, 20 או 30 s, מה שיצר תשע תתי-קבוצות עם שלוש דגימות בכל תת-קבוצה. הן לייזר הדיודה 808 nm והן לייזר התוליום 1940 nm הופעלו במצב גל רציף (continuous-wave).
בסך הכל נכללו שש דגימות נוספות, כאשר שלוש דגימות הוקצו לקבוצת הביקורת השלילית ושלוש לקבוצת הביקורת החיובית. קבוצת הביקורת השלילית טופלה בתמיסת סלין סטרילית, בעוד שקבוצת הביקורת החיובית טופלה ב-5.25% sodium hypochlorite (NaOCl) למשך 30 s.
עבור קבוצות הלייזר, נ followed פרוטוקול הקרנה סטנדרטי. הסיב האופטי הוכנס לתעלת השורש עד לאורך העבודה והוזז בתנועה ספירלית איטית ורציפה מהכיוון האפיקלי לכיוון הקורונלי לאורך כל תקופת ההקרנה. נעשה שימוש בסיבי הובלה או קצוות ייעודיים ללייזר במקום בסיב בודד להחלפה. לייזר הדיודה 808 nm הובלה באמצעות סיב end-firing ברוחב 20 µm, לייזר התוליום 1940 nm באמצעות סיב end-firing ברוחב 20 µm, ולייזר הארביום 2940 nm באמצעות קצה radial-firing ברוחב 40 µm. סיב ההובלה או הקצה נסוגו בקצב של כ-1 mm/s. לאחר הגעה לפיית התעלה, הם הוחזרו לאורך העבודה, והתנועה הספירלית מהכיוון האפיקלי לקורונלי חזרה על עצמה עד להשלמת משך ההקרנה שנקבע.
עבור לייזרי התוליום והארביום, התעלות נשמרו מלאות בתמיסת סלין סטרילית במהלך ההקרנה כדי לדמות הפעלת לייזר בסיוע מים. כ-10 µL של סלין סטרילי הוחדרו לכל תעלה כדי למלא את התעלה עד לגובה פתח התעלה לפני ההקרנה. הסלין הושלם לפני כל מחזור הקרנה, בעת הצורך, כדי לשמור על תעלה מלאה בנוזל לאורך כל הטיפול. עבור קבוצת לייזר הדיודה, התעלות יובשו באמצעות ניירות ספיגה (paper points) סטריליים לפני ההקרנה, מכיוון שללייזר דיודה ב-808 nm יש ספיגה נמוכה יחסית במים והוא שימש ליצירת אפקט אנטיבקטריאלי פוטו-תרמי ישיר בתוך התעלה. לעומת זאת, ללייזר התוליום ב-1940 nm וללייזר הארביום ב-2940 nm יש ספיגת מים גבוהה משמעותית, ולכן הם יושמו בתעלות מלאות בסלין כדי להקל על אפקטים פוטו-תרמיים ופוטו-מכניים המתווכים על ידי מים. הטיפול בלייזר חזר על עצמו פעם ביום במשך שלושה ימים רצופים.
מדידת טמפרטורת פני השטח החיצוניים של השורש
שינויים בטמפרטורה בזמן אמת על פני השטח החיצוניים של השורש נמדדו במהלך היום הראשון של ההקרנה בלייזר. כל דגימת שורש קובעה אנכית על מעמד מעבדה בטמפרטורת החדר (2°C ± 1°C). תרמוקפל מסוג K המחובר למד חום דיגיטלי הונח במגע הדוק עם השליש האמצעי של פני השטח החיצוניים של השורש, בניצב לציר האורכי של השורש. גשושית התרמוקפל מומקמה באמצעות תסמיך מתכוונן וקובעה לפני השטח של השורש בעזרת סרט דביק עמיד בחום כדי לשמור על מגע הדוק ועקבי לאורך המדידה. גשושית התרמוקפל כוילה לפני כל סדרת מדידות באמצעות מים רותחים (10°C) ותערובת קרח ומים (0°C). קריאות הטמפרטורה נרשמו במרווחי זמן של 50 ms לאורך תקופת ההקרנה (10, 20 או 30 s). עבור כל דגימה נמדדו הן טמפרטורת הבסיס והן הטמפרטורה המקסימלית שנרשמה במהלך ההקרנה בלייזר או מיד אחריה. העלייה בטמפרטורה מטמפרטורת הבסיס לטמפרטורת השיא חושבה כ-ΔT. ערך ΔT העולה על 10°C נחשב כסף המגמה לנזק פוטנציאלי לרקמות הפריודונטליות.
הערכה מיקרוביולוגית: ספירת מושבות ושיעור עיכוב
כדי לקבוע את ההשפעה האנטי-בקטריאלית של טיפולי הלייזר, נדגמו דגימות לאחר כל טיפול לייזר. התעלה יובשה באמצעות נקודות נייר סטריליות. עבור כל דגימה נעשה שימוש במקדח Hedström סטרילי חד בגודל 40 כדי להשיג שבבי דנטין מדפנות התעלה, ובכך למנוע זיהום צולב בין הדגימות. כל שבב דנטין הועבר לשפופרת מיקרו-צנטריפוגה נפרדת המכילה 1 mL של PBS סטרילי. השפופרות עובדו ב-vortex בעוצמה למשך 30 s כדי לשחרר חיידקים משבבי הדנטין. הוכנו מהלולי דלילה עשוריים בטווח שבין 10−1 ל-10−6 על ידי העברת 10 µL של תגלי השביעות הבקטריאלית לתוך 900 µL של PBS סטרילי בכל שלב של הדלילה. מנות (30 µL) מכל דלילה נמרחו על צלחות agar מסוג brain heart infusion נפרדות, אשר דגרו ב-37°C למשך 24 h. המושבות נספרו ונרשמו כיחידות יוצרות מושבות (CFU). כל דלילה נזרעה בשלוש חזרות, והממוצע של ספירת המושבות משלוש הצלחות שימש לניתוח. הצלחות קודדו לפני הספירה, והחוקר שביצע את ספירת המושבות היה מסווג (blinded) להקצאות הטיפול.
כאן, C הוא ממוצע ספירת ה-CFU של קבוצת הביקורת השלילית (סליין) ו-T הוא ממוצע ספירת ה-CFU של קבוצת הניסוי.
ניתוח עקומות גדילה של חיידקים
השפעת טיפולים שונים בלייזר על קינטיקת הגדילה של החיידקים נבדקה על ידי שרטוט עקומות גדילה. ביום ה-3 לאחר הטיפול האחרון בלייזר, נשטפו התעלות ב-5 mL של תמיסת סליין סטרילית. תכולת התעלות נאספה באמצעות נקודות נייר סטריליות, שהועברו לאחר מכן לשפופרת צנטריפוגה המכילה 5 mL של מצע BHI. השפופרת עברה ערבול ב-vortex כדי להשעות את החיידקים במצע. תרחיף החיידקים כוונן ל-1 × 106 CFU/mL. ריכוז החיידקים כוונן על בסיס מדידות OD60 באמצעות עקומת כיול שנקבעה מראש עבור E. faecalis ATCC 29212, ואומת לאחר מכן על ידי ספירת מושבות חיות. אליקוט של 20 µL מהתרחיף הוסף לכל באער של פלטת מיקרו סטרילית בעלת 96 באערים. בנוסף, הוספו 20 µL של שמן מינרלים סטרילי לכל באער כדי למזער התאיידות. פלטת המיקרו הוצבה בספקטרופוטומטר/אינקובטור שהוחזק ב-37°C, וערך ה-OD600 נמדד מדי שעה במשך 24 h. לפני כל מדידת OD600, פלטת המיקרו הועמדה לנערה אורביטלית במהירות של כ-30 rpm למשך 10 s כדי להבטיח תרחיף חיידקים הומוגני. כל דגימה נבדקה בחמישה באערים מקבילים.
ניתוח סטטיסטי
כל הנתונים המספריים מוצגים כממוצע ± סטיית תקן (SD). ניתוחים סטטיסטיים בוצעו באמצעות SPSS גרסה 26.0. התפלגות הנתונים הוערכה באמצעות מבחן Shapiro–Wilk. ניתוח שונות (ANOVA) שימש להשוואה בין יותר משתי קבוצות, ולאחריו מבחן Tukey's honestly significant difference (HSD) להשוואות זוגיות. השוואות בין שתי קבוצות בוצעו באמצעות מבחן t-test למדגמים בלתי תלויים. הומוגניות השונות נבדקה באמצעות מבחן Levene לפני ביצוע מבחנים פרמטריים. כאשר הופרה הנחת הומוגניות השונות, הוחל תיקון Welch, לפי הצורך. מובהקות סטטיסטית הוגדרה כ- P < 0.05. גרפים הופקו באמצעות GraphPad Prism גרסה 9.0.
תוצאות
פעילות אנטיבקטריאלית של טיפולי לייזר שונים נגד E. faecalis
היעילות האנטיבקטריאלית של שלושת מערכות הלייזר נגד E. faecalis הוערכה על ידי קביעת ספירת CFU לאחר שלושה טיפולים רצופים. התוצאות מוצגות באיור 1 ובאיור משלים 1. קבוצת הביקורת השלילית (סליין סטרילי) הראתה צמיחה בקטריאלית משמעותית, עם ערך אפור ממוצע של ספירת מושבות של 39618.7 ± 6787.5. קבוצת הביקורת החיובית (NaOCl 5.25%) השיגה שיעור עיכוב ממוצע כולל של 47.2% ± 3.0%, עם ערכי עיכוב פרטניים של 46.8%, 43.1% ו-51.7%.
איור 1יעילות אנטי-בקטריאלית של טיפולים בלייזר נגד Enterococcus faecalis. שיעורי עיכוב חיידקים לאחר שלושה ימי טיפול רצופים במערכות לייזר של דיודה 808 ננומטר, תוליום 1940 ננומטר וארביום 2940 ננומטר, תוך שימוש בפרמטרי הקרנה שונים. נתרן היפוכלוריט (NaOCl), 5.25%, שימש כביקורת חיובית, ותמיסת מלח סטרילית שימשה כביקורת שלילית עם 0% עיכוב. הנתונים מוצגים כממוצע ± סטיית תקן (SD) מ-n = 3 דגימות עצמאיות לכל קבוצת טיפול. פסי השגיאה מייצגים SD. * מציין P < 0.05, ** מציין P < 0.01, ו-*** מציין P < 0.001. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מורחבת של איור זה.
כל הקבוצות שעברו טיפול בלייזר הראו שיעורי עיכוב גבוהים יותר מקבוצת הביקורת החיובית של 5.25% NaOCl. פעילות אנטי-בקטריאלית מוגברת נצפתה עם עלייה בהספק הלייזר או באנרגיית הפולס ועם זמני הקרנה ארוכים יותר. לדוגמה, בקבוצת הלייזר הדיודה של 808 nm, שיעור העיכוב הממוצע עלה מ-53.1% ± 6.5% ב-1.0 W למשך 10 s ל-80.2% ± 2.6% ב-2.0 W למשך 30 s. הבדל מובהק סטטיסטית נצפה בין קבוצות הטיפול של 1.0 W למשך 30 s ו-2.0 W למשך 30 s (P < 0.01).
לייזר התוליום באורך גל של 1940 nm הדגים פעילות אנטיבקטריאלית גבוהה יותר מאשר לייזר הדיודה ברוב התנאים שנבדקו. בהספק של 1.5 W למשך 10 s, שיעור העיכוב הממוצע היה 78.8% ± 1.9%. בהספק של 2.5 W למשך 30 s, שיעור העיכוב עלה ל-91.6% ± 0.4%. שיעור העיכוב הגבוה ביותר בקבוצת לייזר התוליום נצפה בהספק של 3.5 W למשך 30 s, והגיע ל-97.4% ± 0.8%. ערך זה היה גבוה משמעותית מאלו של קבוצת הביקורת החיובית של 5.25% NaOCl (P < 0.01) ומאלו של לייזר הדיודה 808 nm בהספק של 2.0 W למשך 30 s (P < 0.01).
לייזר ארביום באורך גל של 2940 nm הפגין את הפעילות האנטי-בקטריאלית הגבוהה ביותר מבין שלושת מערכות הלייזר. ב-10 mJ למשך 10 s, שיעור העיכוב הממוצע הגיע ל-84.3% ± 1.5%. ב-20 mJ למשך 30 s, שיעור העיכוב היה 96.5% ± 2.0%. שיעור העיכוב הגבוה ביותר נצפה ב-30 mJ למשך 30 s, והגיע ל-9.0% ± 0.6%. ערך זה היה גבוה באופן מובהק מאלו של קבוצת הביקורת החיובית 5.25% NaOCl (P < 0.01), לייזר תוליום ב-1940 nm בהספק של 2.5 W למשך 30 s (P < 0.01), וכל קבוצות הטיפול בלייזר דיודה של 808 nm (P < 0.001).
התוצאות מדגימות כי כל שלוש מערכות הלייזר הפגינו פעילות אנטיבקטריאלית נגד E. faecalis, כאשר פרמטרי הקרנה גבוהים יותר היו קשורים בדרך כלל לשיעורי עיכוב גבוהים יותר. מבין התנאים שנבדקו, לייזר הארביום באורך גל של 2940 nm השיג את העיכוב האנטיבקטריאלי הגבוה ביותר, ואחריו לייזר התוליום באורך גל של 1940 nm ולייזר הדיודה באורך גל של 808 nm, ממצא התומך בהשערת המחקר שחיטוי תעלות השורש בסיוע לייזר יכול להפחית ביעילות את העומס הבקטריאלי תחת התנאים הניסיוניים שנבדקו.
השפעת טיפולי לייזר על קינטיקה של צמיחה בקטריאלית
צמיחה מחודשת של חיידקים לאחר הטיפול הוערכה על ידי מדידת OD60 לאורך 24 h. התוצאות מוצגות ב-איור 2 וב-איור משלים 2. קבוצת הביקורת של תמיסת סלין סטרילית הראתה דפוס צמיחה בקטריאלי טיפוסי, שהורכב משלב השהיה (lag phase) של כ-4 h, שלאחריו צמיחה מעריכית מהירה בין 4 ל-12 h, ושלב סטציונרי עם ערכי OD60 מקסימליים שנעו בין 1.167 ל-1.245.
איור 2עקומות גדילה של Enterococcus faecalis בעקבות טיפול בלייזר. קינטיקת גידול של Enterococcus faecalis שחזרו מתעלות שורש מטופלות לאורך 24 שעות, ונמדדו כצפיפות אופטית באורך גל של 600 ננומטר (OD60)600). מוצגות עקומות גדילה מייצגות עבור ביקרת תמיסת מלח סטרילית, ביקרת נתרן היפוכ לוריט (NaOCl) בריכוז 5.25%, וקבוצות טיפול נבחרות בלייזר דיודה 808 ננומטר, לייזר תוליום 1940 ננומטר ולייזר ארביום 2940 ננומטר. הנתונים מוצגים כממוצע ± סטיית תקן (SD) מ-n = 3 דגימות בלתי תלויות, עם חמש בארות חזרה טכנית לכל דגימה. פסי השגיאה מייצגים SD. * מציין P < 0.05, ** מציין P < 0.01, ו-*** מציין P < 0.001. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מורחבת של איור זה.
קבוצות הלייזר הדיודה ב-808 nm הדגימו דיכוי של צמיחת חיידקים התלוי בפרמטרים. ב-1.0 W למשך 10 s, עקומת הצמיחה הייתה דומה לזו של קבוצת ה-5.25% NaOCl, כאשר צמיחה מעריכית החלה בערך לאחר 8 h. ב-2.0 W למשך 30 s, שלב ההשהיה (lag phase) הוארך לכ-10 h, וערך ה-OD60 לאחר 14 h היה נמוך משמעותית מזה של קבוצת ה-5.25% NaOCl (0.59 ± 0.042 לעומת 0.934 ± 0.042, P < 0.01).
קבוצות הלייזר של התוליום ב-1940 nm הפגינו דיכוי רב יותר של צמיחת חיידקים מאשר קבוצות לייזר הדיודה. בהספק של 1.5 W למשך 10 s, צמיחה מעריכית החלה בערך לאחר 10 h. בהספק של 2.5 W למשך 30 s, שלב ההשתהות (lag phase) הוארך לכ-1 h, עם ערכי OD600 נמוכים משמעותית מאלו של בקרת הסליין הסטרילי ומלייזר הדיודה ב-808 nm בהספק 2.0 W למשך 30 s בנקודת הזמן המקבילה (P < 0.01 לשניהם). בהספק של 3.5 W למשך 30 s, צמיחת החיידקים נותרה מדוכאת באופן ניכר, כאשר ערכי OD60 נותרו בערך ב-0.15 או פחות החל מהשעה ה-12 ונותרו ללא שינוי מהותי לאחר מכן.
קבוצות הלייזר מסוג erbium באורך גל של 2940 nm הראו את הדיכוי הגבוה ביותר של צמיחה חיידקית חוזרת. ב-10 mJ למשך 10 s, לא נצפתה עלייה מעריכית בצמיחת החיידקים עד כ-10 h לאחר הטיפול. הגדלת אנרגיית הפולס עיכבה עוד יותר את תחילת הצמיחה המעריכית. ב-30 mJ למשך 30 s, הצמיחה המעריכית נדחתה עד לכ-12 h, שבמהלכהם נותר ה-OD60 הממוצע מתחת ל-0.20. ב-12 h, ערך ה-OD60 עבור קבוצת הלייזר מסוג erbium ב-2940 nm שטופלה ב-30 mJ למשך 30 s היה נמוך משמעותית מזה של קבוצת לייזר הדיודה ב-808 nm שטופלה ב-2.0 W למשך 30 s (0.120 ± 0.01 לעומת 0.274 ± 0.04, P < 0.01).
באופן כללי, כל שלוש מערכות הלייזר עיכבו את הצמיחה החוזרת של החיידקים בהשוואה לקבוצות הביקורת, כאשר נצפתה דיכוי הולכת וגוברת ככל שפרמטרי ההקרנה עלו. בתנאים שנבדקו, לייזר ארביום ב-2940 nm גרם לעיכוב הגדול ביותר של צמיחה חיידקית חוזרת, ואחריו לייזר תוליום ב-1940 nm ולייזר דיודה ב-808 nm, ממצא התומך בהשערת המחקר.
הערכת בטיחות תרמית של טיפולי לייזר שונים על פני השטח החיצוניים של השורש
בנוסף לפעילותם האנטי-בקטריאלית, נבדקה הבטיחות התרמית של שלושת מערכות הלייזר על ידי מדידת העלייה בטמפרטורת פני השטח החיצוניים של השורש (ΔT). עלייה בטמפרטורה העולה על 10°C נחשבה לסף לפגיעה פוטנציאלית ברקמות הפרודונטליות. התוצאות מוצגות באיור 3.
איור 3שינויים בטמפרטורת פני השורש החיצוניים במהלך הקרנה בלייזר. שינויים בטמפרטורת פני השורש החיצוניים (ΔT) בעקבות הקרנה במערכות לייזר של דיודה 808 ננומטר, תוליום 1940 ננומטר וארביום 2940 ננומטר, תוך שימוש בפרמטרי הקרנה שונים. הקו האופקי המקוקו מציין את ה 10°C סף הקשור בדרך כלל לפגיעה פוטנציאלית ברקמות פריודונטליות. הנתונים מוצגים כממוצע ± סטיית תקן (SD) מ-n = 3 דגימות עצמאיות. פסי השגיאה מייצגים SD. * מציין P < 0.05, ** מציין P < 0.01, ו-*** מציין P < 0.001. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של איור זה.
לייזר הדיודה ב-808 nm גרם לעלייה הגבוהה ביותר בטמפרטורת פני השטח החיצוניים של השורש. בהספק של 1.0 W למשך 10 s, עליית הטמפרטורה הממוצעת (ΔT) הייתה 6.0°C ± 0.7°C. הגדלת זמן ההקרנה ל-30 s תוך שמירה על אותו הספק העלתה את ה-ΔT הממוצע ל-10.4°C ± 0.9°C. בהספק של 2.0 W למשך 30 s, ה-ΔT הממוצע עלה עוד יותר ל-14.8°C ± 3.8°C, ובכך חרג מסף הבטיחות של 10°C בכל הדגימות.
לייזר התוליום ב-1940 nm גרם לעליות טמפרטורה מתונות. בהספק של 1.5 W למשך 10 s, ה-ΔT הממוצע היה 2.5°C ± 0.7°C. הגדלת ההספק ל-2.5 W וזמן ההקרנה ל-30 s העלו את ה-ΔT הממוצע ל-8.8°C ± 0.9°C, כאשר דגימה אחת הגיעה ל-10.2°C. ב-3.5 W למשך 30 s, ה-ΔT הממוצע עלה ל-12.7°C ± 1.9°C, וכל הדגימות חרגו מסף הבטיחות של 10°C. עליית הטמפרטורה ב-3.5 W למשך 30 s הייתה גבוהה באופן מובהק מזו ב-2.5 W למשך 30 s (P < 0.01).
לייזר הארביום ב-2940 nm גרם לעלייה הקטנה ביותר בטמפרטורה החיצונית של פני השורש מכל הפרמטרים שנבדקו. ב-10 mJ למשך 10 s, ה-ΔT הממוצע היה 0.8°C ± 0.1°C. בהגדרה המקסימלית שנבדקה של 30 mJ למשך 30 s, ה-ΔT הממוצע היה 3.6°C ± 1.0°C, כאשר הטמפרטורות שנמדדו נעות בין 2.1°C ל-5.0°C. כל עליות הטמפרטורה שנרשמו נותרו מתחת לסף הבטיחות של 10°C. עליית הטמפרטורה שנצפתה בלייזר התוליום ב-1940 nm ב-3.5 W למשך 30 s הייתה גדולה באופן משמעותי מזו שנצפתה בלייזר הארביום ב-2940 nm ב-30 mJ למשך 30 s (P < 0.01).
באופן כללי, לייזר ארביום באורך גל של 2940 nm הדגים את העליות הנמוכות ביותר בטמפרטורה החיצונית של שטח השורש תחת כל התנאים שנבדקו, בעוד שלייזר דיודה באורך גל של 808 nm והגדרות העוצמה הגבוהה של לייזר תוליום באורך גל של 1940 nm גרמו לעליות טמפרטורה גבוהות יותר, כאשר בחלק מהתנאים נחצה סף הבטיחות שהוגדר מראש.
זמינות נתונים:
כל הנתונים הגולמיים התומכים בממצאי מחקר זה מסופקים כקבצים נלווים. תמונות מייצגות של יחידות יוצרות מושבות (CFU) ועקומות צמיחה בקטריאליות מלאות זמינות באיורים נלווים 1 ו-2, בהתאמה. מדידות טמפרטורה של פני השורש החיצוניות ברמת דגימה בודדת מסופקות בטבלה נלווית 1, ונתוני הפעילות האנטי-בקטריאלית הגולמיים, כולל ערכי אפור של שטח המושבה ושיעורי עיכוב מחושבים עבור כל קבוצות הטיפול, מסופקים בטבלה נלווית 2. קבצים נלווים אלה מכילים את הנתונים הראשוניים העומדים בבסיס התוצאות המוצגות בכתב היד הראשי.
קבצים נלווים
איור נלווה 1. צלחות מייצגות של יחידות יוצרות מושבות (CFU) לאחר טיפול בלייזר ב-Enterococcus faecalis. צלחות מייצגות של אגר brain heart infusion (BHI) המראות יחידות יוצרות מושבות (CFUs) שהופקו מדגימות של תעלות שורש לאחר שלושה טיפולים רצופים. הדגימות דוללו בסדרה (10−3) לפני הזריעה והודגרו למשך 24 h. מוצגות תמונות מייצגות עבור קבוצת הביקורת השלילית של סליין סטרילי, ביקורת חיובית של 5.25% sodium hypochlorite (NaOCl), וקבוצות הטיפול של לייזר דיודה 808 nm (2.0 W, 30 s), לייזר תוליום 1940 nm (3.5 W, 30 s), ולייזר ארביום 2940 nm (30 mJ, 30 s). אנא לחצו כאן להורדת קובץ זה.
איור משלים 2. עקומות גדילה מלאות למשך 24 שעות של Enterococcus faecalis לאחר טיפול בלייזר. קינטיקת גדילה של Enterococcus faecalis שהופק תעלות שורש מטופלות לאורך 24 שעות, שנמדדה כצפיפות אופטית ב-60 nm (OD600). תלויות חיידקים כווננו ל-1 × 106 יחידות יוצרות מושבה (CFU)/mL ודגרו בתוך ציר brain heart infusion (BHI) ב-37°C. עקומות הגדילה מוצגות עבור ביקרת השלילה של תמיסת מלח סטרילית, ביקרת החיובי של 5.25% sodium hypochlorite (NaOCl), וכל קבוצות הטיפול הניסוייות בלייזר: לייזר דיודה 808 nm (ב-1.0, 1.5 ו-2.0 W למשך 10, 20 ו-30 s), לייזר תוליום 1940 nm (ב-1.5, 2.5 ו-3.5 W למשך 10, 20 ו-30 s), ולייזר ארביום 2940 nm (ב-10, 20 ו-30 mJ ב-15 Hz למשך 10, 20 ו-30 s). אנא לחצו כאן כדי להוריד קובץ זה.
טבלה משלימה 1. מדידות טמפרטורה של פני השורש החיצוניים במהלך הקרנה בלייזר.
טמפרטורות פני השורש החיצוניים לפני ההקרנה ואחריה מדווחות עבור כל דגימה שטופלה בלייזר דיודה 808 nm, לייזר תוליום 1940 nm, או לייזר ארביום 2940 nm תחת תנאי ההספק או אנרגיית הפולס וזמני ההקרנה המצוינים. הפרש הטמפרטורה חושב כ-ΔT = טמפרטורה לאחר ההקרנה − טמפרטורה לפני ההקרנה. שלוש דגימות בלתי תלויות הוערכו עבור כל שילוב פרמטרים. אנא לחצו כאן להורדת קובץ זה.
טבלה נלווית 2. נתוני גלם של ניתוח יחידות יוצרות מושבות (CFU) עבור פעילות אנטי-בקטריאלית לאחר טיפול בלייזר.
מוצגים ערכי אפור של שטח המושבות ושיעורי עיכוב מחושבים עבור כל דגימה לאחר טיפול בלייזר דיודה 808 nm, תוליום 1940 nm, או ארביום 2940 nm תחת פרמטרי ההקרנה המצוינים. תמיסת סליין ונתרן היפוכלוריט (NaOCl) בריכוז 5.25% שימשו כקבוצות הביקורת השלילית והחיובית, בהתאמה. שיעור העיכוב חושב ביחס לקבוצת הביקורת של הסליין. שלוש דגימות בלתי תלויות נותחו עבור כל תנאי טיפול. אנא לחצו כאן להורדת קובץ זה.
דיון
המחקר הנוכחי, שנערך ex vivo, השווה בין היעילות האנטיבקטריאלית והבטיחות התרמית של לייזר דיודה ב-808 ננומטר, לייזר תוליום ב-1940 ננומטר ולייזר ארביום ב-2940 ננומטר לצורך הסרה של *E. faecalis* ביופילימים מתעלות שורש מזוהמות. כל שלוש מערכות הלייזר הדגימו עיכוב בקטריאלי רב יותר מאשר NaOCl בריכוז של 5.25%; עם זאת, היעילות האנטי-בקטריאלית והפרופילים התרמיים שלהן היו שונים באופן משמעותי. לייזר ארביום באורך גל של 2940 ננומטר השיג את האיזון הכללי המועיל ביותר, ששילב את הפעילות האנטי-בקטריאלית הגבוהה ביותר עם העלייה הקטנה ביותר בטמפרטורת פני השורש החיצוניים. לייזר תוליום באורך גל של 1940 ננומטר הדגים אף הוא יעילות אנטי-בקטריאלית חזקה, אם כי פרמטרי ההקרנה הגבוהים ביותר שלו חרגו מה- 10°C סף בטיחות תרמי. לייזר הדיודה ב-808 ננומטר הפגין פעילות אנטיבקטריאלית נמוכה יותר ובטיחות תרמית פחות מיטבית. ממצאים אלו מצביעים על כך שאורך גל הלייזר ופרמטרי ההקרנה הם גורמים חשובים באיזון בין חיטוי התעלה לבין בטיחות הרקמות הפריודונטליות.16עם זאת, יש לפרש השוואות ישירות בין מערכות הלייזר השונות בזהירות, שכן לכל אורך גל ישנם הת indicaciones קליניים, מערכות הולכה ומנגנוני פעולה ייחודיים. המחקר הנוכחי השווה את היעילות האנטי-בקטריאלית תחת תנאים סטנדרטיים של ex vivo תנאים, אך היישום האופטימלי של כל לייזר עשוי להיות תלוי בתרחיש הקליני הספציפי, ביעדי הטיפול ובמכשור הזמין.
ניתן להסביר במידה רבה את התוצאות השונות בין שלושת מערכות הלייזר באמצעות האינטראקציות שלהן, התלויות באורך הגל, עם מים, דנטין וביופילמים חיידקיים. לייזר הדיודה באורך גל של 808 nm נספג באופן חלש במים ופועל בעיקר באמצעות השפעות פוטותרימיות ישירות. לייזרים מסוג דיודה יכולים להשמיד חיידקים באמצעות דנטורציה של חלבונים המושרה בחום ושיבוש של ממברנות חיידקיות17. עם זאת, יעילותם תלויה במידת הקירבה שבה סיב הלייזר נוגע או מתקרב לחיידקים המיועדים, דבר המהווה אתגר באנטומיה המורכבת של מערכת תעלות השורש. דבר זה עשוי להסביר מדוע לייזר הדיודה הניב רק רמה מתונה של עיכוב חיידקי, אפילו בהספק של 2.0 W למשך 30 s. ניתוח עקומות גדילה הראה כי חלק מהחיידקים שרדו לאחר הטיפול בלייזר הדיודה ושמרו על היכולת לצמוח מחדש, מה שמרמז כי הביופילם הקיים לא הושמד לחלוטין18. לייזר התוליום באורך גל של 1940 nm בעל ספיגת מים גבוהה יותר מאשר לייזר הדיודה ויכול להפיק השפעות פוטותרימיות ופוטו-מכניות בתעלות מלאות בנוזלים19. ספיגת מים גבוהה זו עשויה להסביר את השפעתו האנטי-בקטריאלית החזקה יותר; עם זאת, היא מובילה גם לעליות טמפרטורה גבוהות יותר בהגדרות הספק גבוהות. לדוגמה, הקרנה ב-3.5 W למשך 30 s הפיקה פעילות אנטי-בקטריאלית ניכרת אך חרגה מסף ה-10°C המומלץ למניעת נזק לרקמות פריודונטליות11,20. לפיכך, נראה כי קיים Trade-off בין השגת חיטוי מספיק של תעלות שורש מזוהמות לבין מניעת עליות טמפרטורה מופרזות שעלולות לפגוע ברקמות הסובבות. אין לראות במערכות לייזר אלו כניתנות להחלפה ישירה, כיוון שלאורכי הגל שלהן כרומופורים ראשוניים ומנגנוני העברת אנרגיה שונים. לייזר הדיודה מפיק בעיקר השפעות פוטותרימיות ישירות, בעוד שלייזרי התוליום והארביום מגיבים בצורה חזקה יותר עם מים בתוך התעלה ומייצרים השפעות נוספות המתווכות על ידי נוזלים. לפיכך, ההבדלים שנצפו עשויים לשקף הן את פרמטרי ההקרנה והן את מנגנוני הפעולה המובחנים של שלוש מערכות הלייזר.
לייזר הארביום באורך גל של 2940 ננומטר הראה את הפרופיל הכולל המועדף ביותר, בעיקר בשל הספיגה החזקה שלו על ידי מים21כאשר הוא מופעל בתעלה מושקית, האנרגיה הלייזרית נספגת במהירות על ידי שכבת מים דקה, דבר המייצר קוויטציה, גלי הלם ותנועת נוזלים המסוגלת לשבש מכנית ביופילמים, תוך הגבלת מעבר החום לפני השטח החיצוני של השורש.21,22מנגנון זה עשוי להסביר מדוע לייזר הארביום השיג את שיעור העכבה הגבוה ביותר, תוך שמירה על כל עליות הטמפרטורה הקשורות להקרנה בתוך סף הבטיחות שהוגדר מראש. לפיכך, תחת התנאים הניסיוניים שנבחנו במחקר ex vivo זה, לייזר הארביום הדגים את האיזון המיטיב ביותר בין יעילות אנטיבקטריאלית לבטיחות תרמית מבין מערכות הלייזר שנבחנו. עם זאת, ממצאים אלו מוגבלים ל- ex vivo תנאים ואינם מבססים את העליונות הקלינית של לייזר הארביום. יתרה מכך בתוך הגוף (in vivo) ודרשים מחקרים קליניים לפני שניתן יהיה לתרגם ממצאים אלו להמלצות לטיפול קליני. ראוי לציין גם את שיעור העכבה הנמוך יותר שנצפה עם NaOCl בריכוז של 5.25%. NaOCl משמש מזה זמן רב כחומר שטיפה סטנדרטי להסרת חיידקים במהלך טיפול אנדודונטי; עם זאת, השפעתו האנטיבקטריאלית עשויה להיות מוגבלת בביופילמים בוגרים ובשפשופות דנטינליות עמוקות בשל חדירה מוגבלת, נטרול כימי והטבע המגן של מטריצת הביופילם.23,24ממצאים אלו מצביעים על כך שההשפעות הפיזיקליות הנובעות מלייזרים, כולל קוביטציה, גלי הלם וזרמי אקוסטיקה, עשויות לשפר את סילוק החיידקים מעבר להשקיה עם נתרבית ההיפוכלוריט לבדה.8,25לפיכך, ממצאי מחקר זה תומכים בשימוש בשטיפה בסיוע לייזר כשיטה משלימה לחיטוי תעלות השורש, ולא כתחליף לפרוטוקולי שטיפה קונבנציונליים. תמיסת סלין ו-NaOCl נכללו כביקורת שלילית וכביקורת כימית קונבנציונלית, בהתאמה, מכיוון שהמטרה העיקרית של מחקר זה הייתה להשוות בין שלוש מערכות הלייזר תחת תנאים ניסיוניים סטנדרטיים. המחקר לא תוכנן להשוות בין הקרנת לייזר לבין פרוטוקולי שטיפה מופעלים (activated) סוניים, אולטרסוניים או אחרים המקובלים כיום. כתוצאה מכך, היעדרהם של קבוצות השוואה אלו מגבילה את הרלוונטיות הקלינית של הממצאים, ויש להתייחס לכך במחקרי המשך.
בטיחות תרמית נותרת שיקול חשוב ליישום קליני. הקרנת לייזר דיודה למשך 30 s חרגה מסף ה-10°C או התקרבה אליו תחת מספר פרמטרי הקרה, דבר המצביע על סיכון פוטנציאלי לנזק לרקמות פריודונטליות26. לייזרי תוליום הפגינו השפעות אנטי-בקטריאליות חזקות יותר מלייזרי דיודה; עם זאת, מרווח הבטיחות שלהם הצטמצם בהגדרות הספק גבוהות יותר, במיוחד ב-3.5 W למשך 30 s. לעומת זאת, לייזר ארביום ב-2940 nm שמר על עליות טמפרטורה נמוכות מ-5°C אפילו בהגדרה הגבוהה ביותר שנבדקה. ממצאים אלו מצביעים על כך שנבחר פרמטרים קפדנית היא הכרחית כאשר משתמשים בלייזרי דיודה או תוליום, בעוד שלייזר הארביום הפגין מרווח בטיחות תרמי רחב יותר תחת התנאים שנבחנו במחקר זה.
למחקר זה מספר מגבלות. ראשית, נעשה בו שימוש במודל ex vivo, אשר אינו יכול לשחזר באופן מלא את הסביבה הביולוגית של זיהום קליני. בפרט, היעדר פרפוזיית דם וקירור רקמות פיזיולוגי עשויים להשפיע על פיזור החום ועל שינויי הטמפרטורה של פני השורש החיצוניים. בנוסף, היעדר תגובות חיסוניות של המארח פירושו שהממצאים האנטי-בקטריאליים משקפים רק את ההשפעות הישירות של הקרינה בלייזר ואינם לוקחים בחשבון סילוק בקטריאלי המתווך על ידי מערכת החיסון. שנית, נבדק מין בקטריאלי אחד בלבד, *E. faecalis*, בעוד שמרבית התעלות השורש המזוהמות מכילות ביופילמים פולימיקרוביאליים.27מודל של מין יחיד אינו יכול לשחזר את האינטראקציות הבין-מיניות, את המבנה ההטרוגני של הביופילם, או את הרגישות המשתנה לאנטימיקרוביאליים המאפיינת זיהומים פולימיקרוביאליים קליניים. לכן, היעילות האנטי-בקטריאלית שנצפתה כנגד .E. faecalis אין להכליל ממצאים אלו על כל הקהילה המיקרוביאלית הנוכחת בתעלות שורש מזוהמות. שלישית, כל הניסויים נערכו בתנאי מעבדה סטטיים, בעוד ששיניים in vivo מושפעות מרקמות סביב ומפרפוזם של דם, אשר עשויים להשפיע על פיזור החום28לבסוף, נבחנו רק שילובים נבחרים של אורכי גל ופרמטרי הקרנה. אורכי הגל שנבחנו נבחרו כדי לייצג מערכות לייזר בעלות מאפייני ספיגת מים ומנגנוני פעולה אנטיבקטריאליים שונים, ואילו הגדרות ההקרנה נבחרו כדי לייצג רמות הספק או אנרגיה ומשכי חשיפה בני יישום קליני. עם זאת, מספרם המוגבל של שילובי הפרמטרים מגביל את היכולת להכליל את הממצאים, ויש לבחון הגדרות נוספות במחקרים עתידיים. אף על פי ש- .E. faecalis משמש לעיתים קרובות כאורגניזם מייצג במחקרים אנדודונטיים בשל עמידותו והישרדותו מול אתגרים אנטימיקרוביאליים, אך אין לראות בו את האינדיקטור היחיד לזיהום אנדודונטי או לכישלון בטיפול. זיהומים קליניים הם בדרך כלל פולימיקרוביאליים, ויש צורך במחקרים עתידיים המשתמשים במודלים של ביופילם רב-מיני כדי לשקף טוב יותר את מורכבתו של המיקרוביוטה בתעלת השורש.
לסיכום, כל אחת ממערכות הלייזר הפגינה פעילות אנטיבקטריאלית גבוהה יותר נגד E. faecalis מאשר שימוש ב-5.25% NaOCl בלבד. תחת התנאים הניסיוניים שנבחנו במחקר ex vivo זה, לייזר ארביום ב-2940 nm הפגין את האיזון המיטבי ביותר בין יעילות אנטיבקטריאלית לבטיחות תרמית. לייזר תוליום ב-1940 nm הפגין אף הוא פעילות אנטיבקטריאלית חזקה; עם זאת, הגדרות הספק גבוהות יותר הגבירו את הסיכון לנזק תרמי לרקמה. לייזר דיודה ב-808 nm הפגין יעילות אנטיבקטריאלית נמוכה יותר ובטיחות תרמית פחות מיטבית מאשר לייזרי התוליום והארביום. ממצאים אלו תומכים בבדיקה מעמיקה יותר של חיטוי בסיוע לייזר ארביום ב-2940 nm כגישה משלימה מבטיחה לטיפול אנדודונטי29.
גילויים
ניגוד עניינים:
המחברים מצהירים כי אין להם ניגודי אינטרסים הקשורים למחקר זה. לא קיימים קונפליקטים של אינטרסים פיננסיים או לא-פיננסיים, כולל העסקה, ייעוץ, בעלות על מניות, שכר הונורריים או עדות מומחה בתשלום.
תודות
מחקר זה נתמך על ידי תוכנית המחקר הרפואי של ועדת הבריאות של מחוז הונגקו (Hongkou District Health Commission).
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| תמיסת סלין 0.9% | Beyotime | ST341-500ml | אחסון שיניים, שטיפה ובקרת שלילית |
| מבחנת מיקרוצנטריפוגה 1.5 mL | Axygen | MCT-150-C | איסוף דגימות ודילול סדרתי |
| פלטת תרבית 24 בארות | Corning | 3524 | אינקובציה של ביופילם |
| מיקרופלטה 96 בארות | Corning | 3599 | בדיקת עקומת גדילה חיידקית |
| אוטוקלאב | Tuttnauer | 2540E | סטריליזציה של שורשים שהוכנו |
| אגר Brain heart infusion (BHI) | BD Biosciences | 211065 | תרבית חיידקית וספירת CFU |
| ציר Brain heart infusion (BHI) | BD Biosciences | 237500 | תרבית חיידקית וניתוח עקומת גדילה |
| לק שקוף לציפורניים | Beyotime | C0187 | איטום פני השטח החיצוניים של השורש |
| מסור יהלום (מהירות נמוכה) | Buehler | IsoMet Low Speed Saw | חיתוך כתרים |
| מדחום דיגיטלי (תואם תרמוקופל מסוג K) | OMEGA Engineering | HH802U | מדידת טמפרטורת פני השטח החיצוניים של השורש |
| Enterococcus faecalis ATCC 29212 | American Type Culture Collection (ATCC) | ATCC 29212 | זן חיידקי |
| חומצה אתילנדיאמינטטטרה-אצטית (EDTA), 17% | Sigma-Aldrich | E9884 | שטיפה סופית של התעלה |
| קומפוזיט שרפי זורם | 3M ESPE | 6031A2 | איטום הפוראמן האפיקלי |
| GraphPad Prism | GraphPad Software | Version 9.0 • RRID: SCR_002798 | יצירת גרפים |
| Needle file מסוג Hedström, גודל 40 | Dentsply Maillefer | 80603010042 | איסוף שבבי דנטין |
| K-file, גודל 10 | Dentsply Maillefer | 800-0210 | קביעת אורך עבודה |
| מערכת לייזר, סיב מתוליום באורך גל 1940 nm | Menovex Medical Technology (Shenzhen) Co., Ltd. (Arpadent) | TN20 | הקרנה בלייזר |
| מערכת לייזר, Er:YAG באורך גל 2940 nm | PointNix Co., Ltd. | Modular-beam | הקרנה בלייזר |
| מערכת לייזר, דיודה באורך גל 808 nm | elexxion AG | Claros Nano | הקרנה בלייזר |
| מיקרופיפט | Eppendorf | 3123000063 | הזרקת דגימות |
| שמן מינרלי (סטרילי) | Sigma-Aldrich | M5904 | מניעת התאיידות במהלך בדיקת עקומת גדילה חיידקית |
| מערכת פילים סיבוביים מניקל-טיטניום (הכנת F3) | Dentsply Sirona | ProTaper Gold | הכנת תעלת השורש |
| סיב אופטי ללייזר סיב מתוליום 1940 nm | Menovex Medical Technology (Shenzhen) Co., Ltd. (Arpadent) | 400 µm diameter | הקרנה בלייזר |
| סיב אופטי ללייזר Er:YAG 2940 nm | PointNix Co., Ltd. | 600 µm diameter | הקרנה בלייזר |
| סיב אופטי ללייזר דיודה 808 nm | elexxion AG | elexxion longlife 200, 200 µm (Art. No. 10063) | הקרנה בלייזר |
| גשש פריודונטלי | Hu-Friedy | PCPUNC156 | מדידת אורך השורש |
| סקלר פריודונטלי | Hu-Friedy | SJ34-35 | הסרת אבנית ורקמה רכה |
| סליין עם חוצץ פוספט (PBS) | Gibco / Thermo Fisher Scientific | 10010023 | שטיפה ודילול חיידקי |
| טיפים לפיפט (10 µL, 200 µL, 1000 µL) | Axygen | T-300 / T-200-Y / T-1000-B | טיפול בנוזלים |
| מעמד רטורט | Biosharp | BS-IT-01 | קיבוע דגימות שורש |
| מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) | Hitachi High-Technologies | TM4000Plus | דימוי ביופילם |
| אינקובטור עם ניעור | Thermo Fisher Scientific | MaxQ 4000 | אינקובציה של תרבית נוזלית |
| נתרן היפוכ לוריט (NaOCl), 5.25% | Sigma-Aldrich | 425044 | שטיפת תעלה ובקרת חיובית |
| ספקטרופוטומטר/אינקובטור (קורא מיקרופלטות) | BioTek / Agilent Technologies | Epoch 2 | מדידות צפיפות אופטית ב-600 nm (OD600) |
| SPSS | IBM | Version 26.0 • RRID: SCR_002865 | ניתוח סטטיסטי |
| ניירות ספיגה סטריליים | Dentsply Maillefer | Absorbent Paper Points, ISO 20, 0.02 taper, 28 mm | ייבוש תעלה ודגימה חיידקית |
| גשש תרמוקופל (סוג K) | OMEGA Engineering | 88000 | מדידת טמפרטורה |
| מערבל וורטקס | Scientific Industries | Vortex-Genie 2 | ערבוב תרחיפים חיידקיים |
מקורות
- 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.