作者：张家习，张锡忠，天津市口腔医院正畸科
正畸牙齿移动过程实际是局部无菌性炎症的发生过程，也是力学信号转化成生物学信号的过程。生物学信号如前列腺素、白细胞介素等炎性因子，调控牙齿移动过程中牙周组织的改建，也增加了正畸致炎症性牙根吸收(orthodontically induced inflammatory root resorption，OIIRR)的风险。
牙根吸收是一种不可逆性损伤，轻中度的正畸牙根吸收发生率为40%~60%，通常无明显危害，超过根长1/3的重度牙根吸收发生率为1%~5%，需要立即停止加力或终止治疗，等待牙骨质的修复。暂停正畸治疗能够有效地缓解牙根吸收。正畸相关的牙根吸收危险因素包括自身因素如易感体质、根骨关系、牙根形态等，以及医疗相关因素，包括牙齿移动方式、矫治器的类型、治疗周期、牙根移动距离等。
光生物疗法能够抑制或减少正畸治疗引起的牙根吸收，但是其作用仍有不少争议。本文就光生物疗法(photo biomodulation therapy，PBM)对牙根吸收的研究进展作一综述。
1. 光生物疗法的发展历史
利用光治疗疾病可以追溯到古书记载中利用太阳光治疗疾病。18世纪晚期NielsRyberg利用红蓝光治疗红斑狼疮。19世纪激光问世，但其生物安全性令人担忧，Mester等对低水平激光进行研究，发现其能够促进伤口愈合，低水平激光疗法就此诞生。但是随着技术发展，“低水平”和“激光”的定义已经不能准确反映其特征，低水平概念模糊，光源也从激光发展到LED 等各种光源类型，因此2014年低水平激光疗法正式更名为光生物疗法，其含义是利用激光的生物学效应治疗疾病，需与激光的热效应区分开来。但考虑其最常见的光源仍为激光，文献中常将光生物调节疗法简单表述为激光。
2. 光生物疗法的机制
目前研究认为光生物调节作用靶点主要位于呼吸链中的细胞色素c氧化酶，线粒体细胞色素c氧化酶分子的氧化态和还原态为红光或近红外光光谱范围的发色团，接受刺激后线粒体的功能显著增强，膜电位水平增加，加速电子传递从而使胞内三磷酸
经PBM 照射后，线粒体氧化还原电位向着氧化方向转变，活性氧生成增加，激活核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)、缺氧诱导因子-1 (hypoxia-inducible factor-1，HIF-1)等DNA转录因子。这些转录因子可以保护和刺激基因产物的转录，促进蛋白质的合成。而钙离子作为第二信使，参与牙周膜细胞对多种生物信号的转导，包括对机械力的响应，影响细胞的分泌、增殖、生长和分化，研究发现激光能够降低炎症牙周膜细胞中升高的钙离子水平，提高细胞活力，降低炎症水平。但目前缺乏深层次的机制研究。
2.1 PBM 对牙周膜的影响
在正畸牙齿移动过程中，受压的牙周膜发生玻璃样变，增多的炎症因子和激活的破骨细胞均是引起牙根吸收的危险因素。
2.2 PBM 对核因子-κB 受体活化因子配体/核因子-κB受体活化因子/骨保护素(receptor activator of nuclear factor-kappa B ligand/receptor activator of nuclear factor-kappa B/osteoprotegerin，RANKL/RANK/OPG)轴的影响
RANKL/RANK/OPG 轴是经典调节骨改建的信号传导通路，骨吸收与牙根吸收的机制十分相似，目前认为该通路参与了正畸诱导的牙根吸收的过程，RANKL和OPG是调节牙根吸收和骨吸收最广泛的调节机制。与骨改建调节模式类似，OPG/RANKL比值在牙根吸收中发挥着重要作用。研究者认为PBM 抑制牙根吸收是通过提高牙周组织中OPG/RANKL比值实现的。810nm，75J/cm2 的照射参数下，PBM 通过增加压力区OPG的表达，减少RANKL表达，提高OPG/RANKL比值，降低牙根表面破骨细胞的数量从而减少牙根吸收的面积和体积。
但也有学者持不同的观点，认为PBM 对OPG及OPG/RANKL比值的影响不大，而主要是通过下调RANKL表达水平从而抑制破骨细胞的活性，抑制根周的炎症，最终减缓了牙根吸收的进程并促进其修复。值得思考的是，有研究发现980nm激光能够提高正畸牙压力侧RANKL 表达促进骨吸收，促进
2.3 PBM 对牙周膜细胞的影响
正畸牙根吸收作为一种非细菌性炎症过程，炎性因子发挥着重要的作用，在大鼠牙根吸收模型中，白细胞介素、基质金属蛋白酶等炎性介质表达明显增加，肿瘤坏死因子-α(tumour necrosis factor alpha，TNF-α)则介导了牙根的炎症性吸收。研究发现980nm 激光能够降低炎症条件下牙周膜细胞炎症因子的表达，包括TNF-α、白细胞介素及基质金属蛋白酶。
808nm激光在体外实验中展示出类似的抗炎效应，PBM 的抗炎作用成为其抑制牙根吸收的重要机制之一。除了抗炎作用外，PBM 能够缩短细胞周期，提高细胞增殖指数，促进牙周膜细胞的增殖分化，降低了牙根吸收的风险。牙周膜中成纤维细胞和牙周膜干细胞参与了牙周组织的改建和修复，910nn，2.5J/cm2 的激光具有促进牙周膜干细胞增殖和分化的作用，且不引起细胞凋亡。
研究发现808nm 激光能够促进牙周膜细胞的增殖和成骨分化，然而与正常状态细胞相比，对炎症状态的牙周膜细胞需要更高的能量才能实现这种生物学作用。对此有研究指出PBM 的作用效果与作用对象的初始状态有关，这在一定程度上解释了为何众多试验的结果不完全一致。牙根吸收是破牙骨质细胞活跃的结果，破牙骨质细胞与破骨细胞同源，PBM 能够促进体外牙周膜细胞碱性磷酸酶(alkaline phosphatase，ALP)、Ⅰ型胶原蛋白(collagentypeⅠ，COL-1)、Runt相关转录因子2(Runt-related transcription factor 2，Runx2)的表达，进而促进成骨，对抑制牙根吸收、形成新的牙骨质层有利。
环氧化酶-2(cyclooxygenase-2，COX-2)主要在炎症细胞内产生，PBM 降低了牙周组织中COX-2的表达，COX-2表达的减少抑制了炎症进程，并间接影响RANKL/RANK/OPG轴，最终减少牙根吸收。可见，PBM对牙根吸收的抑制作用，最终是通过促进成骨、抑制破骨来实现的。
3. 光生物疗法的参数相关性
众多文献对PBM 的结果描述并不一致，甚至出现截然不同的结果，部分临床研究发现激光的应用并不能减少牙根吸收的量，相反多数临床试验研究结果证实了PBM 抑制牙根吸收的有效性，包括在牙齿移动及牙齿排齐过程中。PBM 的参数相关性成为学者们的共识，其生物效应与波长、能量密度、功率密度及照射频率密切相关。波长决定着激光的穿透性和作用部位，红光或近红外光波长的光源作用于细胞内细胞器，产生生物学效应。
不同波长光源的生物学效应并不一致，54J/cm2 的相同能量密度，波长不同(532nm、650nm、940nm)的激光都能够减少牙根吸收，但532nm 波长的作用效果最明显。而532nm 波长与532~650~940nm 混合波长的光源抑制牙根吸收效果类似。能量密度为3J/cm2，940nm 波长的激光比660nm 具有更高的生物学效应。激光的作用效果取决于某一关键波长，这与实验对象的生物学特征相关，不同的实验对象可能有着不同的最适参数，这也导致了最适激光参数难以确定。
能量密度表示光源单位面积内对组织输出的能量，低能量密度不会产生明显的生物学效应，而过高的能量密度可能会导致抑制效果，即PBM 遵循“双相剂量效应”，即“Arndlt-Schulz”定律，在一定范围内PBM 的剂量增加，其生物学效应也随之提高，并在某处达到峰值;超出峰值后随着剂量的增加，其效应减弱、消失，甚至出现抑制。
相同或近似波长的光源，不同的能量密度会导致不同的生物学效应。810nm，8J/cm2 和850nm，12J/cm2 的光源对牙根吸收均无作用，相反的，810nm，75J/cm2 的光源对牙根吸收显示出抑制作用。660nm，3.6J/cm2的光源与650nm，54J/cm2 的光源同样显示出相反的结果。同一光源下，1、3、5J/cm2不同能量密度虽都能促进牙周膜细胞增殖和成骨分化，但其效果显示出能量密度依赖性。
功率密度必须达到一定阈值才能够显现出生物学效应，低于一定阈值，即便增加照射时间也不会有生物效应。照射频率同样影响着PBM 的生物学效应，研究显示每月多次和每月一次的照射激光照射频次对牙齿移动速度有着不同的影响，但对于牙根吸收的作用尚未有文献报道。PBM 的其他参数如照射方式(连续波或脉冲波、接触式或非接触式)、光源类型等，没有证据显示其对生物学效应有明显的影响。
4. 总结
PBM 通过减少玻璃样变牙周膜的生成、调节OPG、RANKL表达、减少破骨细胞生成、促进成骨、减少炎性介质产生，进而抑制正畸牙根吸收。由于光生物疗法的参数相关性，以及作用效果与作用对象的初始状态相关，导致众多研究结果不一致，难以获得最佳照射参数，限制了其进一步展开应用。但PBM 具有作用靶向性、生物安全性好、抗炎促修复等优势，在正畸领域有着广阔的应用前景。
来源：张家习,张锡忠.光生物疗法影响正畸牙根吸收的研究进展[J].口腔医学研究,2024,40(08):665-669.DOI:10.13701/j.cnki.kqyxyj.2024.08.001.
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