Irygacja aktywowana wiązką laserową – część I

Kluczowe znaczenie ma warunek, by substancje stosowane podczas irygacji miały styczność ze ścianą kanału korzenia i biofilmem (jeśli występuje), zwłaszcza w apikalnej 1/3 kanału. Istnieje wiele urządzeń mechanicznych wspomagających penetrację kanału i skuteczność irygacji.³

Włókno laserowe w suchym kanale korzeniowym

W endodoncji prowadzono 3 typy badań nad wpływem bezpośredniego naświetlania ścian kanałów przy użyciu włókien laserowych:

_Typ I: Wchłanianie wody znacznie wzrasta przy fali o długości 1450 nm. Dzięki użyteczności w usuwaniu tkanek twardych w stomatologii, operujących w zakresie bliskiej podczerwieni laserów o długościach fali większych niż 1450 nm podjęto badania nad zastosowaniem tych laserów w opracowywaniu kanałów korzeniowych.

_Typ II: Przeprowadzono również badania z wykorzystaniem długości fali mniejszych niż 1450 nm, np. laserów Nd:YAG (1032 nm), diod (810, 830, 940, 980 nm) i laserów TP (532 nm) do modyfikowania i czyszczenia ścian kanałów.

_Typ III: Prowadzono badania nad wpływem bezpośredniego naświetlania kanału korzenia włóknem laserowym na eliminację bakterii.

Do roku 2006/2007 wszystkie badania laserów o dużej mocy prowadzono z użyciem włókien o spłaszczonych końcówkach. Wspólną cechą tych badań była konieczność stosowania spiralnego ruchu końcówki włókna w celu eksponowania ściany kanału zębowego na światło laserowe. Obserwacje czynione w badaniach nie zawsze okazywały się zachęcające:

_W badaniach typu I¹ w kanałach traktowanych światłem z laserów erbowych powstawała znacznie większa ilość warstwy mazistej niż w kanałach preparowanych przy użyciu pilników NiTi;² opracowanie laserowe wymagało dwukrotnie większego nakładu czasu³ oraz wiązało się z ryzykiem powstawania występów i nieregularności ścian kanału.⁴ W rezultacie stosowanie laserów tego rodzaju uznano za uzupełniające względem urządzeń mechanicznych.

_Lasery Nd:YAG należą do najdokładniej zbadanych laserów do zastosowań endodontycznych. Do końca lat 90. XX w. należały one do najczęściej używanych. W badaniach typu II wykazano możliwość modyfikacji warstwy mazistej.⁵ Zastosowanie EDTA w chemomechanicznym opracowaniu kanałów korzeniowych umożliwia usunięcie części nieorganicznej warstwy mazistej bez potrzeby stosowania lasera Nd:YAG.⁶

_W badaniach typu III wiele prac prowadzono z zastosowaniem laserów Nd:YAG, a następnie diod LED. W badaniu przeprowadzonym w 2010 r. Hibst i wsp. wykazali, że eradykacja bakterii przy użyciu lasera NIR wysokiej mocy nie jest powodowana samym światłem, lecz w wyniku efektu fotochemicznego.⁷ Wyjątkiem są zawierające czarny pigment bakterie napromieniowywane światłem Nd:YAG.⁸ Badacze stwierdzili, że najistotniejszym parametrem była maksymalna temperatura, co oznaczało, że eradykacja była wynikiem procesu fototermicznego. W związku z tym praca urządzeniem laserowym w niskich temperaturach nie prowadzi do eradykacji.⁹ Ponadto, spiralny ruch włókna nie pozwala na całkowitą ekspozycję kanału korzenia na światło lasera.

Do powyższych celów w badaniach (typu III) wykorzystywano również lasery erbowe. Z reguły przy konieczności stosowania spiralnego ruchu włókna, lasery Nd:YAG okazywały się skuteczniejsze w redukowani liczby jednostek tworzących kolonie i eradykacji bakterii w biofilmie w porównaniu z laserami erbowymi.¹⁰ Jednak, jeśli istniała możliwość bezpośredniej ekspozycji biofilmu na światło lasera, lasery Er:YAG okazywały się znacznie skuteczniejsze w eradykacji bakterii.⁹ Wprowadzając końcówkę typu radial-firing, oczekiwano na lepsze oddziaływanie lasera na ściany kanału korzeniowego.¹⁰ Wykazano natomiast ograniczony wzrost skuteczności dezynfekcji kanału przy użyciu lasera Er,Cr:YSGG.^10,11

Epoka pęcherzyka

Ograniczenia włókien laserowych w laserach erbowych

Jednym z problemów związanych ze stosowaniem laserów erbowych do dezynfekcji kanałów korzeniowych jest konieczność osiągnięcia równowagi między odpowiednią mocą wyjściową zapewniającą skuteczną sterylizację a uniknięciem nadmiernych zmian morfologicznych lub uszkodzeń zębiny kanału. Ze względu na ablacyjną naturę promieniowania, stosowanie laserów Er:YAG lub Er,Cr:YSGG może prowadzić do powstawania występów. Przy mniejszej mocy wyjściowej nie można uzyskać skutecznej sterylizacji.^10-12 Laser Nd:YAG charakteryzuje się mniejszą głębokością penetracji zębiny i kanalików zębinowych niż NaOCl,¹³ uwzględniając dodatkowo fakt, że bezpośrednia ekspozycja kanału na promieniowanie lasera erbowego w celach dezynfekcyjnych nie jest możliwa, niemożliwa pozostaje również trójwymiarowa sterylizacja kanału z uwzględnieniem wszystkich odmienności anatomicznych.

Środowisko wolnej cieczy

Spośród wszystkich laserów operujących w podczerwieni, laser Er:YAG charakteryzuje się największą absorpcją w wodzie.¹⁴ Ponieważ światło lasera może być dostarczane poprzez włókno o małej średnicy, długość fali tego lasera stosuje się od początku tego stulecia w szeregu wspomaganych laserowo procedur medycznych.^15,16 Światło lasera erbowego dostarczane do ciekłej wody przy użyciu zanurzonej końcówki włókna laserowego jest całkowicie wchłaniane tuż przy końcówce dzięki wysokiemu współczynnikowi absorpcji.^17-20

Na początku impulsu laserowego (0-50 μs) energia jest absorbowana w warstwie o grubości 2 μm, która ulega natychmiastowemu ogrzaniu do temperatury powyżej temperatury wrzenia i przechodzi w stan gazowy. Czas wytworzenie pary zależy od energii impulsu i jego długości.¹⁷ Powstająca pod wysokim ciśnieniem para rozprzestrzenia się z dużą prędkością, tworząc przestrzeń dla światła erbowego przed końcem włókna. W miarę, jak laser kontynuuje emisję energii, światło przechodzi przez pęcherzyk i odparowuje wodę z powierzchni na końcu czubku pęcherzyka. W ten sposób światło wierci w cieczy kanał aż do momentu zakończenia impulsu.¹⁸ Efekt ten nazywa się „efektem Mojżesza w regionie mikrosekundowym”.²⁰

Od momentu przerwania emisji energii opary ulegają chłodzeniu i kondensacji. Ciśnienie wewnętrzne zmniejsza się i staje niższe niż ciśnienie otaczającej cieczy. W rezultacie następuje implozja pęcherzyka, który natychmiast się zapada. Implozja ma miejsce w pobliżu końcówki włókna i skutkuje rozdzieleniem pęcherzyka i włókna. Podczas implozji porcja energii zgromadzonej w pęcherzyku zamieniana jest w energię akustyczną. Prowadzi to do emisji akustycznych sygnałów krótkookresowych i fal wstrząsowych.¹⁷ Fale ciśnienia wywołane kawitacją przemieszczają się początkowo z prędkością naddźwiękową (fale wstrząsowe), a następnie z prędkościami w zakresie fal słyszalnych (fale akustyczne).^{21, 22} Tworzony jest również strumień cieczy o wysokiej prędkości,²³ zaś ciecz otaczająca pęcherzyk szybko wpływa do przestrzeni zdekompresowanego gazu.

Po zniknięciu pierwszego, dużego pęcherzyka powietrza, fala wstrząsowa w sposób nagły i znaczny zmienia ciśnienie wody wokół końcówki lasera, prowadząc do powstania nowych pęcherzyków kawitacyjnych. Zjawisko to określa się jako powrót (rebound). W tym kontekście Gibson opisał zjawisko tzw. wtórnej kawitacji zachodzącej wokół pierwotnej przestrzeni ulegającej powrotowi dość daleko od wolnej powierzchni dzięki niższej od wartości progowej wartości ciśnienia w danym obszarze.²⁴ Generowanie obszarów niskiego ciśnienia wyjaśnia się jako nakładający się na siebie wpływ otaczającego ciśnienia statycznego, malejącego w miarę ponownej ekspansji pęcherzyka oraz fal naprężeniowych pochodzących z odsłoniętej powierzchni. Pęcherzyki wtórnej kawitacji są znacznie mniejsze niż pierwszy pęcherzyk pary. Po zaniku wtórnych pęcherzyków kawitacyjnych powstają jeszcze mniejsze pęcherzyki, które znikają i powtórnie pojawiają się w coraz mniejszej liczbie.

Do ważnych parametrów mających wpływ na tworzenie pęcherzyków należą: energia impulsu, czas trwania impulsu¹⁷ oraz częstotliwość impulsów (ta ostatnia w związku z faktem, że nie zawsze możliwa jest zmiana długości impulsu). Występuje również efekt konstrukcji końcówki, która może wpływać na kształt indukowanego wiązką laserową pęcherzyka oraz na kierunek emisji energii. Konwencjonalne końcówki laserowe są płaskie i emitują promieniowanie z samego końca, generując pęcherzyk o kształcie kanałowym, podczas gdy końcówki stożkowe generują pęcherzyki kuliste (Ryc. 1). Mówi się również o wydajności optodynamicznej konwersji energii, odnoszącej się do stosunku pomiędzy energią mechaniczną medium ciekłego a energią impulsu. W przypadku stosowania końcówek stożkowych, wydajność ta jest znacznie wyższa i wzrasta wraz z rosnącą energia impulsu oraz malejącym czasem trwania impulsu.¹⁷

Konwencjonalna irygacja aktywowana wiązką laserową (conventional laser-activated irrigation, C-LAI)

Prowadzona z dużą szybkością rejestracja powstawania pęcherzy kawitacyjnych generowanych laserowo w modelach szklanych wykazała, że pęcherzyki oparów generowane są na zakończeniu włókna. Podczas prowadzonych eksperymentów włókno umieszczone było w kanale korzeniowym. Postać pęcherzyków kawitacyjnych była identyczna z postacią pęcherzyków w wolnej cieczy: zastosowanie płaskiej końcówki skutkowało powstaniem wydłużonych pęcherzyków kawitacyjnych o rozmytej powierzchni lub opisanych poprzednio pęcherzyków kanałowych. Zastosowanie końcówki stożkowej prowadziło do powstawania pęcherzyków sferycznych.¹⁸

W badaniu de Groot i wsp, prowadzonym z zastosowaniem lasera Er:YAG o płasko zakończonym włóknie, pęcherzyk rósł w czasie trwania impulsu z prędkością 1 m/s. Po zakończeniu impulsu pęcherzyk zapadł się z prędkością rzędu 1 m/s.²⁵ Po zapadnięciu się pęcherzyka obserwowano wtórną kawitację z powstaniem dość dużego pęcherzyka w pobliżu miejsca zapadnięcia. Cykl ekspansji i zapadania się pęcherzyków kawitacyjnych powtórzył się kilkakrotnie, a następnie został wygaszony w ciągu kilku milisekund. Pęcherzyk laserowy również rósł głównie w kierunku dokoronowym. W przypadku energii promieniowania laserowego przekraczającej 120 mJ na impuls obserwowano, że część cieczy była wypryskiwana z kanału zębowego, z pozostawieniem mniejszej ilości substancji irygującej w kanale.²⁵

W badaniu Blanken i wsp., wykorzystującym laser Er,Cr:YSGG z płasko zakończonym włóknem, obserwowano pęcherzyki o długości 3-3,5 mm.¹⁸ Niewielki rozmiar kanału uniemożliwiał swobodne rozprzestrzenianie się pary na boki, wypychając wodę w głąb i w górę kanału. Ponieważ woda hamuje ekspansję pęcherzyka ku przodowi, pęcherzyk rósł również do tyłu wzdłuż włókna. Ciśnienie we wnętrzu pęcherzyka pozostaje przez długi czas wysokie ze względu na opór substancji irygującej wypychanej z niewielkich rozmiarów kanału. Zaobserwowano również powstawanie wtórnych pęcherzyków kawitacyjnych. W omawianym badaniu podkreślono, że tworzenie pęcherzyków kawitacyjnych tego rozmiaru w kanale może prowadzić do powstania braku miejsca dla roztworu irygującego pomiędzy włóknem laserowym a ścianą kanału. W związku z tym istnieje ryzyko, że emitowana energia zostanie zaabsorbowana przez hydroksyapatyt w ścianie kanału, prowadząc do uszkodzeń zębiny sąsiadującej ze światłem kanału.

W badaniu Matsumoto i wsp., prowadzonym z użyciem lasera Er:YAG z końcówką stożkową o kącie szczytowym 84° dochodziło do tworzenia dużych pęcherzyków par.²¹ Maksymalna długość pęcherzyka wyniosła 4,5 mm, z ekspansją w kierunku pionowym. Obserwacje te były zgodne z badaniami de Groot i wsp. oraz Blanken i wsp. We wszystkich badaniach zachowano bezpieczną odległość od szczytu kanału korzeniowego (Blanken i wsp. zalecali odległość 5 mm od najbardziej apikalnego punktu opracowywanego kanału; również Matsumoto i wsp. używali włókna krótszego o 5 mm od głębokości apikalnego punktu kanału).

George i Walsh badali proces wypychania cieczy przez szczyt kanału po laserowej aktywacji cieczy irygującej z użyciem lasera Er:YAG i Er,Cr:YSGGG oraz z końcówkami typu end-firing i radial-firing umieszczanymi 5 mm lub 10 mm od apikalnego punktu kanału.²⁶ Rodzaj oraz kształt użytej końcówki nie okazały się istotnymi zmiennymi. Ilość wypychanego barwnika była większa w grupach, w których stosowano lasery niż w grupie, w której irygację prowadzono ręcznie przy użyciu strzykawki. Również położenie końcówki lasera nie prowadziło do istotnych różnic w odległości wypychania cieczy (choć w grupie, w której stosowano odległość 5 mm stwierdzono wypychanie większej ilości cieczy). Istotnym parametrem, który nie był uwzględniany, była obecność nienaruszonego więzadła ozębnowego. Niemniej jednak, zwrócono uwagę na możliwość apikalnego wypychania cieczy. Badania w modelach szklanych również wykazały, że postać pęcherzy kawitacyjnych była identyczna jak pęcherzy w wodzie. W tym aspekcie Meire i wsp. wykazali, że widma transmisyjne endodontycznych roztworów do irygacji (m.in. NaOCl i EDTA) są w dużej mierze zgodne z widmem samej wody.²⁷ W przeprowadzonym pilotażowym badaniu nad wpływem budowy końcówki włókna laserowego oraz roztworów irygacyjnych na kawitację aktywowaną przy użyciu lasera Er,Cr:YSGG, autorzy wykazali brak wpływu wymienionych czynników na postać pęcherzyka kawitacyjnego (Ryc. 2).²⁸

Według doniesień, konwencjonalna irygacja aktywowana wiązką laserową prowadziła do istotnie lepszego opracowania rowków w ścianach sztucznych kanałów ze sztucznie wytworzonymi szczątkami zębiny w czasie 20 s niż pasywna irygacja ultradźwiękowa (passive ultrasonic irrigation – PUI) prowadzona przez 20 s (Er:YAG25 – Er,Cr:YSGG²⁹). Przy porównaniu irygacji C-LAI prowadzonej przez 20 s z irygacją PUI prowadzoną przez 3 x 20 s nie stwierdzono statystycznie istotnych różnic (obserwowano jednak tendencję do lepszych wyników opracowania przy użyciu irygacji C-LAI z zastosowaniem laserów Er:YAG i Er,Cr:YSGG).³⁰ W porównaniu irygacji C-LAI (Er:YAG, końcówka płaska) prowadzonej przez 20 s z irygacją LAI prowadzoną z końcówką krążącą wokół wlotu kanału (H-LAI) (Er:YAG, końcówka stożkowa) i PUI prowadzonych przez 20 s wykazano znacznie wyższe wyniki opracowania dla C-LAI i PUI w porównaniu z H-LAI.³¹ Nie stwierdzono statystycznie istotnych różnic między PUI a C-LAI.

Nie publikowano badań nad bakteriobójczym działaniem C-LAI prowadzonym przy użyciu 2 rodzajów końcówek włókien laserowych. Obecnie dostępne są wyniki jedynie prowadzonego metodą ślepej próby, randomizowanego i kontrolowanego badania klinicznego z półroczną oceną wpływu użycia lasera Er,Cr:YSGG z końcówką typu radial-firing łączącego zastosowanie techniki C-LAI w wodzie destylowanej (dwukrotnie) oraz spiralnego ruchu włókna w suchym kanale (dwukrotnie) w martwiczym zębie z przewlekłym zapaleniem tkanek okołowierzchołkowych. Powyższy protokół porównano z równoczesnym stosowaniem 3% NaOCl i tymczasowym wypełnieniem kanału pastą z wodorotlenkiem wapnia.³² Nie stwierdzono istotnych różnic w okołowierzchołkowym gojeniu tkanek między dwoma grupami, jednak obserwowano statystycznie istotne obniżenie wyników PAI na korzyść protokołu laserowego.

Porównanie pomiędzy zastosowaniem laserów do aktywowanej wiązką laserową irygacji z włóknem wprowadzonym do wnętrza kanału korzenia zębowego (C-LAI) z irygacją z włóknem znajdującym się w komorze miazgowej (H-LAI) zostanie przeprowadzone w drugiej części niniejszego artykułu.

Wnioski

Konwencjonalna irygacja aktywowana wiązką laserową (C-LAI) z zastosowaniem laserów erbowych, polegająca na umieszczeniu końcówki włókna w pobliżu apikalnego końca preparowanego kanału korzeniowego i pozostawieniu jej w pozycji stacjonarnej lub wyciąganiu w kierunku dokoronowej części kanału charakteryzuje się lepszym potencjałem opracowania zębiny wzdłuż ścian kanału niż pasywna irygacja ultradźwiękowa (PUI). Nie prowadzono dotąd badań nad bakteriobójczym działaniem C-LAI.
Piśmiennictwo dostępne u wydawcy.

_Kontakt:
Prof. dr Roeland De Moor
Ghent University Hospital
Dental School De Pintelaan 185/P8
B-9000 Ghent, Belgia
Tel.: +32 9332 4003
E-mail: roeland.demoor@ugent.be