 |
Обгрунтування застосування лазерного випромінювання в поєднанні з наночастинками срібла для дезинфекції каналу кореня зуба
|
|
В.М. Зубачик, А.Я. Бариляк
Львівський національний медичний університет ім. Данила Галицького
Резюме. Проведено порівняння бактерицидної дії лазерного випромінювання з наночастинками срібла в каналі кореня зуба. Установлено збільшення глибини проникнення наночастинок у дентинні канальці при застосуванні наносекундного часового режиму опромінення. Після проведених бактеріологічних досліджень найбільший ступінь знищення бактерій було відзначено у групі, де поєднувались дві методики (застосування наночастинок срібла з наступним лазерним опроміненням).
Ключові слова: Nd:YAG лазер, бактерія, ендодонтія, срібло, наночастинки.
При ендодонтичній розробці кореневого каналу одною з основних проблем залишається його специфічна анатомічна будова: наявність латеральних канальців, анастомозів, вигинів кореня. В окремих випадках залишки інфікованих тканин, особливо в заключній третині кореневого каналу, часто стають причиною рецидиву запального процесу. Незважаючи на сучасну техніку, класичні та інноваційні механічні методики обробки кореневих каналів пов'язані з низкою можливих негативних наслідків: поломки інструменту, надмірне зменшення товщини стінки каналу в апікальній частині або їх перфорація, утрата робочої довжини каналу [1, 2, 3, 4]. Оскільки поліморфна мікрофлора кореневого каналу представлена аеробними та анаеробними бактеріями з різною чутливістю до антисептичних розчинів, це інколи ще більш ускладнює хімічну дезинфекцію кореневого каналу. В інфікованих тканинах каналу знаходять близько двадцяти видів бактерій [5]. Вони заселяють мікроканальці дентину, і їх ефективна дезинфекція визнається головною передумовою на шляху успішного ендодонтичного лікування. Відомо, що патогенні мікроорганізми здатні проникати в дентин більш ніж на 1000 мкм, у той час як ірригація дентинних мікроканальців дезинфікуючими розчинами за рахунок капілярного ефекту фізично можлива лише на 100 мкм [6, 7].
Застосування лазерів у стоматології й установлення факту лазерної бактерицидної дії відкривають нові можливості як альтернативний метод у подоланні проблеми недостатньої глибини проникнення дезинфікуючих агентів у мікроканальці, оскільки глибина проходження лазерного випромінювання у структуру дентину сягає 1000 мкм і навіть більше. Від початку застосування потужних лазерів у ендодонтії проведено низку успішних досліджень, зокрема Schoop, Kluger [8], якими продемонстровано дезинфікуючу й бактерицидну дію лазера, повне видалення інфікованих шарів і запечатування дентинних мікроканальців [9]. При певній неоднозначності висновків і рекомендацій різних авторів стосовно спектральних, часових та енергетичних режимів основним стримуючим фактором для впровадження у клінічну практику методу лазерної дезинфекції є необхідність вибору порогової густини енергії лазера, що забезпечує напругу електромагнітного поля в дентині, достатню для бактерицидної дії й допустиме термічне навантаження лазерного впливу на періапікальні тканини.
Разом з тим останнім часом надзвичайно бурхливо зростає інтерес медицини до нанотехнологій. Використання наночастинок різної природи для потреб діагностики (біомаркери) як засобів транспорту ліків в орган-мішень, у тому числі у клітину, синтез на їх основі нових біосумісних матеріалів-замінників кістки та твердих тканин зуба відкривають також нові можливості й у стоматології [10]. Попередньо ми продемонстрували успішне застосування наночастинок срібла для дезинфекції системи каналу кореня зуба [15].
Мета даної роботи – ефективна дезинфекція системи каналів кореня зуба шляхом поєднаного застосування глибокого проникнення наночастинок та їх активацією електромагнітним випромінюванням YAG: Nd лазера. На наш погляд, реалізація цієї ідеї зможе суттєво знизити енергетичний бар'єр необхідного лазерного впливу й різко підвищити терапевтичний ефект.
МАТЕРІАЛ І МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ
Для досліду було використано 52 однокореневих зуба людини з прямими каналами, які зберігались у 0,9 % фізіологічному розчині до початку експерименту. Коронкову частину усували за допомогою діамантового диска. Канали кореня ендодонтично відпрепаровували до розміру 50 за допомогою Н-файлів і промивали фізіологічним розчином. Для усунення бактерійного заселення зразки зубів стерилізували в автоклаві («Melatronic 23, Melag», Німеччина) при 125°C протягом 15 хв, після чого в канал кореня зуба мікропіпеткою вводили 2 мкл бактерій E. Coli (ATCC 29212). Далі зразки зубів інкубували протягом 4 год при температурі 37°C.
Як бактерицидний агент використовували монодисперсний колоїдний розчин наночастинок срібла із середнім розміром приблизно 20 нм. Основна концентрація тестованого розчину наночастинок срібла становила 8 г/л. Для визначення антимікробних властивостей синтезованого розчину наночастинок срібла використали стандартний мікрометод розведення, що визначав мінімальну бактерицидну концентрацію. Для цього було використано одноразові мікротитраційні пластини. Розчин наночастинок срібла розводили від 2 до 128 разів зі 100 мкл Muller-Hinton бульйону з тестованою бактерією в концентрації 105 КУО/мл. Мінімальна бактерицидна концентрація після 24 год інкубаційного періоду при температурі 37°C становила 25 мкг/мл.
Після інкубаційного періоду зразки поділили на п'ять груп. Перша група зберігалась контрольною для тестованої форми бактерій. Друга група – кореневі канали зразків зубів опромінювали Nd:YAG лазером («Smart File» DEKA, Італія), який генерує на довжині хвилі 1064 нм. Параметри опромінення: енергія імпульсу 30–250 мДж, частота мілісекундних імпульсів 10–200 Гц, вихідна потужність 0,5–10 Вт. Пристрій укомплектований спеціальним гнучким оптичним кварцовим світловодом діаметром 300 мкм (рис. 1).
Опромінювання зразків здійснювалося за прийнятим міжнародним протоколом, одним циклом, що складався із 5-ти спроб тривалістю 5 с і перервою у 20 с між кожною спробою. Оптичний світловод вводили в кореневий канал якнайглибше до верхівки кореня. Після активації лазера канал кореня зуба опромінювали в напрямку від апікальної до коронкової частини циркулярними рухами. Перед кожним лазерним опроміненням каналу за допомогою ваттметра («Coherent, Inc.», США) контролювали вихідну потужність лазерного променя. Третя група: 2 мкл розчину наночастинок срібла було введено в канал кореня зуба. Четверта група: 2 мкл розчину наночастинок срібла було введено в кореневий канал з його наступним лазерним опроміненням. Потужність і частота імпульсів були однаковими як для другої, так і для четвертої групи – 15 Гц і 1,5 Вт у режимі вільної генерації. П'ята група: 2 мкл розчину наночастинок срібла було введено в канал кореня зуба з наступним лазерним опроміненням наносекундними імпульсами. Тут використовували Q-Switched Laser «Brilliant» Quantel (США), який генерує також на довжині хвилі 1064 нм для збудження ударної лазерної хвилі. Параметри опромінення: енергія імпульсу 10 мДж, тривалість імпульсу 5 нс.
Мікроскопічні дослідження наночастинок і морфологію поверхні макро- та мікроканалів проводили за допомогою електронного скануючого мікроскопа «ESEM XL30», Philips (Голландія).
Під час експерименту зразки зубів знаходились у стерильних пробірках Епендорфа, до яких було додано 100 мкл фізіологічного розчину. Далі для кращого виділення бактерій з каналу та дентинних канальців пробірки знаходились у спеціальному шейкері протягом 15 хв. Отриманий розчин із пробірок Епендорфа був розведений 10 разів. Потім по 20 мкл із кожного розведення поміщали на чашки Петрі з 5 % кров'яним агаром («BioMerieux», Франція), які зберігали при температурі 37°C протягом 24 год. Далі підраховували кількість колоній бактерій. Найнижчий рівень бактерій становив 5ґ102 КУО/мл (кількість утворюваних одиниць на мл з отриманого розчину), який і було вирішено прийняти як критерій повного знищення бактерій.
Статистичну обробку отриманих результатів проводили за допомогою дисперсійного аналізу ANOVA з використанням статистичних функцій Microsoft Excel 2003 на персональному комп'ютері. Коефіцієнт р < 0,05 був оцінений як статистично значущий.
РЕЗУЛЬТАТИ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ЇХ ОБГОВОРЕННЯ
Продемонструвавши в попередніх наших роботах бактерицидний ефект наночастинок срібла проти E. coli [15] і лазерну дезинфікуючу дію в системі кореневих каналів [16], ми прагнули добитися синергічного ефекту при поєднанні цих двох методів, що є першим дослідженням такого плану in vitro [11]. Передумовою даної ідеї є унікальність наночастинок з точки зору розмірної залежності їх оптичних і теплофізичних характеристик, а саме аномальної залежності їх спектрів поглинання й температури плавлення від фізичних розмірів і форми. Оскільки феномен лазерного пучка окрім визначеної енергії кванта відрізняється можливістю концентрації цієї енергії не тільки у просторі, а й у часі, то слід очікувати нової якості його взаємодії з нанооб'єктом.
За результатами бактеріологічного дослідження в першій групі (контрольній), яка зберігалась для тестованої форми бактерій, кількість колоній становила 106– 107 КУО/мл. У другій групі, де проводилось опромінення Nd:YAG лазером, ми зауважили, що кількість колоній бактерій зменшилась на 3–4 порядки (р < 0,05) порівняно з контрольною групою (табл.). Це добре корелює з результатами, які отримали M. Hardee et al. [12], T. Myers і J. McDaniel теж запропонували довжину хвилі випромінювання 1064 нм для використання в ендодонтії [13]. Подібного ефекту досягнув і J. Rooney, застосувавши Nd:YAG лазер з вихідною потужністю 0,3–3 Вт in vitro [14]. A. Moritz et al. переконливо довели, що таке випромінювання ефективно знищує також стафілококи та стрептококи [18].
У третій групі, де в канал було введено розчин наночастинок срібла, кількість колоній бактерій зменшилась також на три порядки (р < 0,05), що можна пояснити взаємодією наночастинок зі складовими зовнішньої мембрани клітини бактерій, що спричиняє її структурні зміни у вигляді численних кратерів на поверхні, дегідратацію та в кінцевому результаті знищення клітин бактерій [17]. У четвертій групі, де в кореневий канал було введено розчин наночастинок срібла з наступним лазерним опроміненням, було встановлено найбільший ступінь знищення бактерій 5ґ102 КУО/мл, (р < 0,05) (рис. 2).
Тобто додаткове лазерне опромінення каналу кореня зуба з наночастинками срібла призводить до повного знищення бактерій. Цей факт пояснює можливе резонансне поглинання електромагнітної хвилі лазерного випромінювання окремими наночастинками та їх кластерами в мікроканальцях як своєрідними елементами «приймаючої антени» (рис. 3). Тим більше, що розмірні фрагменти елементів (нанооб'єктів) такої «антени» можуть виявитися співмірними з довжиною хвилі лазерного випромінювання. Це призводить до різкого підвищення температури довкола ядра частинки, тобто до її додаткової активації і, відповідно, до підвищення бактерицидної здатності. В експериментальних дослідженнях різке підвищення температури у процесі опромінення дійсно було нами зафіксоване.
Для збільшення глибини проникнення наночастинок порівняно з ефектом вільної пенетрації і, відповідно, підсилення бактерицидної дії застосували лазерне опромінення в наносекундному режимі. Ідея цього експерименту полягала в застосуванні режиму лазерного опромінювання, що задовільняв би критерій виникнення ударної хвилі в зоні лазерного впливу. Такий режим забезпечив Q-Switched Nd:YAG лазер із тривалістю імпульсу 5 нс. Наслідком є механічний імпульс ударної хвилі, який наночастинки отримують при збудженні коротким лазерним імпульсом у пружному середовищі колоїдного розчину (рис. 3).
Генерована лазерним імпульсом ударна хвиля характеризується ультразвуковою частотою, при якій відбувається диссипація можливих агломератів чи кластерів на окремі наночастинки (рис. 4).
Механічний імпульс, що виникає внаслідок генерації ударної хвилі, спричиняє тиск на наночастинки, які проникають у мікроканальці дентину на відстань у кілька разів більшу, ніж без опромінення, забезпечуючи тим самим дезинфекцію дентину на глибину як мінімум у три рази (рис. 4-б) більшу, ніж без опромінення (рис. 4-а).
ВИСНОВКИ
Отримані експериментальні результати досліджень однозначно підтвердили ефективність застосування комбінованого методу дезинфекції каналу кореня зуба із застосуванням наночастинок срібла з подальшим лазерним опроміненням. Додаткове лазерне опромінення з довжиною хвилі 1064 нм в режимі прийнятого протоколу достатньо глибоко проникає в дентинні структури внаслідок світловодного ефекту, а в поєднанні з наночастинками срібла забезпечує синергічний ефект – тотальне знищення бактерій за рахунок додаткової фотоактивації наночастинок. Такий підхід дозволяє суттєво обмежити порогову густину енергії лазерного опромінення системи кореневого каналу й тим самим запобігти критичному термічному навантаженню на периапікальні тканини. Застосування ж режиму опромінення зони кореневого каналу, що викликає ударну хвилю, ініціює проникнення наночастинок срібла в мікроканальці та дезинфекцію дентину на глибину втричі більшу порівняно з умовами вільної пенетрації. Запропонований метод безперечно відкриває нові можливості в сучасній лазеро- та нанендодонтії й потребує свого подальшого вивчення.
ЛІТЕРАТУРА
- Location of streptococcus mutans in the tubules of open infected root canals / Kouchi Y., Ninomiya J., Yasuda H., Fukui K. // J. dent. Res. – 1980. – Vol. 59. – P. 2038–2064.
- Distel J.W., Hatton J.F., Gillespie M. J. Biofilm formation in medicated root canals // J. Endod. – 2002. – Vol. 28. – P. 689–693.
- Marshall F.G., Massler M., Dute H. L. Effects of endodontic treatment of root dentin // Oral. Surg. – 1960. – Vol. 13. – P. 208–223.
- Antimicrobial and toxic effects of established and potential root canal irrigants / C. Yesilsoy, E. Whitaker, D. Cleveland et al. // J. Endod. – 1995. – Vol. 21. – P. 513–515.
- Gutknecht N. Лазер в эндодонтии. Предпосылки для успешного лечения // Новое в стоматологии. – 2001. – № 10. – С. 19–25.
- Distel J.W., Hatton J.F., Gillespie M.J. Biofilm formation in medicated root canals // J. Endod. – 2002. – № 28. – P. 689–693.
- Vaarkamp J., ten Bosch J.J., Verdonschot E.H. Propagation of light through human dental enamel and dentine // Caries Res. – 1995. – № 29. – P. 8–13.
- The Er:YAG laser in endodontics: results of an vitro study / U. Schoop, A. Moritz, W. Kluger et al. // Lasers Surg. Med. – 2002. – № 30. – P. 360–364.
- Folwacny M., Mehl A., Jordan C. Antibacterial effects of pulsed Nd:YAG laser radiation at different energy settings in root canals // J. Endod. – 2002. – Vol. 28. – P. 24–29.
- Чехун В.Ф. Про перспективи використання нанотехнологій в експериментальній та клінічній онкології // Здоров'я України. – 2007. – № 20. – С. 40–45.
- Пат. № 26224 А Україна. А 61С 5/00 Спосіб дезинфекції каналу кореня зуба / Бариляк А.Я., Бобицький Я.В., Верніш Й., Вінтнер Е., Георгополос А., Заіченко О.С., Шевчук О.М., Шуп У. /UA/ № 200704790; Заявлено 28.04.2007; Опубл. 10.09.2007., «Промислова власність», бюл. № 14. – 2007.
- Hardee M.W., Miserendino L., Kos W. Evaluation of the antibacterial effeсts of intracanal Nd:YAG laser irradiation // J. Endod. – 1994. – № 20. – P. 377–380.
- Myers T.D., McDaniel J.D. The pulsed Nd:YAG laser: review of clinical applications // J. Calif. Dent. Assoc. – 1991. – № 19. – Р. 25–30.
- Rooney J., Midda M., Leeming J. A laboratory investigation of the bactericidal effect of a Nd:YAG laser // Br. Dent. J. – 1994. – № 176. – P. 61.
- Barylyak A.Y., Zubachyk V.M., Schoop U. The bactericidal effect of nanoparticles in combination with laser irradiation // Proc. 4th Congress of the Society for Oral Laser Applications SOLA (Bruges, Belgium, 16–19 May). – Bruges, 2007. – P. 32–33.
- The Impacts of an Er,Cr:YSGG Laser with Radial-Firing Tips in Endodontic Treatment / U. Schoop, A. Barylyak, K. Goharkhay et al. // Lasers. Med. Sci. – 2007. – Vol. 20. – P. 83–86.
- Sondi I., Dan V. Salopek-Sondi I. Silver nanoparticles as antimicrobial agent: a case study on E.coli as a model for Gram-negative bacteria // J. Coll. Interface Science. – 2004. – № 275. – P. 177–182.
- Bactericidal effect of an Nd:YAG laser in vitro root canals / N. Gutknecht, A. Moritz, G. Conrads, T. et al. // J. Clin. Las. Med. Surg. – 1996. – Vol. 14. – P. 77–80.
ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В СОЧЕТАНИИ С НАНОЧАСТИЦАМИ СЕРЕБРА ДЛЯ ДЕЗИНФЕКЦИИ КАНАЛА КОРНЯ ЗУБА
В.М. Зубачик, А.Я. Барыляк
Резюме. Проведено сравнение бактерицидного действия лазерного излучения с наночастицами серебра в канале корня зуба. Установлено увеличение глубины проникновения наночастиц в дентинном канальце при использовании наносекундного режима излучения. После проведенных бактериологических иследований наибольшая степень уничтожения бактерий была отмечена в группе, где совмещались две методики (применение наночастиц серебра с последующим лазерным облучением).
Ключевые слова: Nd: YAG лазер, бактерия, эндодонтия, серебро, наночастицы.
SUBSTANTIATION OF APPLICATION OF LASER IRRADIATION IN COMBINATION WITH SILVER NANOPARTICLES FOR DISINFECTION OF TOOTH ROOT CANAL
V. Zubachyk, A. Barylyak
Summary. Comparing of bactericidal action of silver nanoparticles is conducted to the bactericidal effect of laser irradiation in the root canal of tooth. The increase of depth of penetration of nanoparticles is set in dentinal tubules at application of the nanosecond sentinel mode of irradiation. After the conducted bacteriologic examinations the most degree of elimination of bacteria was marked in a group, where two methods were combined (application of silver nanoparticles in combination with the laser irradiation).
Key words: Nd: YAG laser, bacteria, endodontics, root canal, silver, nanoparticles.
Офис, купить диплом. |
|
| :
2009/12/30 2:06:09
4292 |
|
|
