微波消毒口腔器械材料的研究進展

2020-3-4 14:03  來源:醫學綜述
作者:尹贇贇 李新 王夢溪 袁琳 趙同平 閱讀量:1101

    微波是在電磁波譜中位于無線電波和紅外線之間,頻率為300MHz至300GHz、波長為1mm至1m的電磁波,是分米波、厘米波、亞毫米波的總稱。國際工業,科學和醫藥(Industrial Scientific Medical,ISM)頻段組織開放了869MHz、915MHz、2450MHz和5800MHz等波段,其應用不需要許可,其中以2450MHz最為常用,在實際生活中手機信號、微波爐、醫療設備等均應用此波段。

    1979年,美國食品藥品管理局將醫用微波作為一種安全非侵入性的治療方法。隨著微波生物效應,特別是對非熱效應的深入研究,便攜式、家用化微波理療設備的研發,推動了微波在醫療領域的廣泛應用。傳統高壓滅菌消毒方法對消毒環境和時間要求較高,需在高壓蒸汽爐內45min才能達到要求,而微波消毒一般不超過20min即可達到滅菌要求。因此,微波消毒作為新一代物理消毒方法受到廣泛關注,并被視為傳統消毒方法的最佳替代品。現就微波在口腔消毒方面的熱效應和非熱效應機制,對口腔器械表面細菌、病毒等病原微生物的殺滅效果及微波消毒對口腔印模材料、基托樹脂、灌模材料等性能的影響予以綜述。

    1.微波消毒機制

    微波對微生物的消毒滅菌是熱效應與非熱效應共同作用的結果。微波熱效應是指在微波電磁場的作用下,組織自身的極性分子間高速旋轉、碰撞、摩擦產熱使溫度升高;溫度升高的程度不同,所產生的生物學效應也不同,微波消毒就是利用這一點使微生物組織溫度的升高超過其生理耐受閾值而死亡,進而達到消毒滅菌的效果。微波非熱效應體現在對生物大分子、細胞膜等生物結構或生理功能所造成的除產熱以外的影響。

    在電磁場作用下,帶電離子做圓周運動并產生回旋振蕩、重新分配氫鍵、疏水鍵和范德瓦耳斯力,破壞微生物結構的完整性,改變遺傳物質或其他生物大分子的結構,使微生物周圍溫度升高、蛋白質變性,最終引發不可逆性改變,從而殺死病原微生物。微波消毒效果受到被消毒物品預處理、微波功率大小、微波作用時間、微生物種類等多種因素的影響。水分子的諧振頻率在微波波段范圍內,微波可使水分子之間震動摩擦產生熱量,使水或含水物質溫度升高,故濕度在微波消毒的熱量傳遞及吸收中發揮重要作用。因此,提倡消毒物品預先進行浸泡、清洗等預處理,增加被消毒物品表面的濕度或含水量,增強熱效應的殺傷作用,以更好地發揮微波對微生物的抑制或殺傷作用。

    微波對口腔中的細菌、真菌、病毒等多種病原微生物均有殺滅作用。口腔感染根管內最主要的細菌為專性厭氧菌,根管消毒主要有物理消毒和化學消毒兩種,由于化學消毒可造成化學性根尖周炎和過敏現象,所以物理消毒法(微波、光動力、超聲等)更受青睞。謝富強研究證實,微波對通暢根管的消毒效果與根管內含水量有關,根尖周或根管內的病理組織含水量較多,而牙釉質、牙骨質、牙槽骨等正常組織含水量相對較少,故微波能量主要被病理組織吸收起殺菌作用,但不影響正常根尖周組織的健康。

    鏈球菌屬是齲病的主要病原菌,Kerr等證實,6.6W、2450MHz微波對變形鏈球菌的殺傷率>99%,因而微波可應用于口腔內齲病或根管治療相關器械的消毒。Senna等證實,450W微波照射義齒表面2min、溫度低于71℃時即可達到殺滅義齒表面病原微生物的要求。Ge和Liu發現,2450MHz微波在400W時,1~2min的細菌致死率為20%,達到完全滅菌的溫度為97℃;600W時,5min的細菌致死率為80%,2h達100%,達到完全滅菌的溫度為97.4℃;850W時,2.5min即可殺滅100%的細菌,此時溫度為98℃。因此在相同的處理時間內,微波功率越大,溫度越高,細菌致死率越高,殺菌速度越快;同時研究證實,細菌較霉菌、酵母菌和放線菌等不易殺滅,細菌被完全殺滅時其余菌種也會被殺滅,因此對細菌的殺滅程度可作為微波消毒效果的評價指標。

    微波可徹底殺滅義齒表面的真菌,避免長期使用氟康唑、伊曲康唑、酮康唑等全身抗真菌藥物產生的耐藥性和菌群失調,以及藥物價格昂貴。Neppelenbroek等應用微波(650W)和抗真菌藥物(咪康唑,每日3次)對患者戴用的義齒進行真菌涂片觀察到,微波組未見假酵母絲,抗真菌藥物(咪康唑)組仍存在假酵母絲和菌絲。而Silva等對每周2次微波消毒全口義齒與常規抗真菌藥物治療義齒性口炎進行對比發現,兩者的療效相似。

    義齒性口炎常伴發口腔白斑,而人乳頭瘤病毒主要存在于人皮膚和黏膜的上皮細胞,可引發人乳頭瘤病,是口腔白斑癌變的危險因素。此外,微波可更好地殺滅口腔內的病毒,并有利于疾病的恢復。Bristow等選取54例難治性病毒疣患者進行能量密度130J/cm2微波照射5s發現,完全治愈率為75.9%,高于水楊酸或冷凍療法的治愈率(33%)。

    2.微波消毒對口腔器械性能的影響

    口腔科常用器械包括車針、擴大針、高/低速手機等,在口腔治療過程中常被血液、唾液、病原體等污染,其因復雜的表面結構(螺紋、砂面等)而不易被徹底清潔。化學消毒方法需要在最適宜的藥物濃度、酸堿度、溫度、濕度及作用時間等條件下浸泡消毒器械,對常規細菌作用時間為30min,對病毒(乙型肝炎病毒)作用時間為1~2h,而對芽孢、放線菌、螺旋體等特殊菌體或含菌量高的器械作用時間需延長至3~4h才可達到消毒滅菌要求;另外甲醛、戊二醛等化學消毒溶液具有刺激性和揮發性,容易導致器械工作端腐蝕生銹,降低器械性能、縮短設備使用壽命,如化學性消毒液配置或浸泡器械時操作不當易損傷皮膚或其他部位的黏膜,同時易造成空氣的二次污染,對身體健康造成威脅。

    常規高壓蒸汽滅菌需在134℃、消毒45min才可達到滅菌要求,而溫度高、時間長容易造成器械性能的損傷。微波消毒是一種經濟、快速、有效的物理消毒方法,微波熱效應和非熱效應均可在常規壓力、不依賴化學殺菌劑的情況下發揮殺菌作用,減少因壓力造成的器械性能折損和化學制劑的相互作用而引起的器械腐蝕老化。Yezdani等研究證實,高壓蒸汽滅菌可使正畸鉗子、拔牙鉗子等不銹鋼器械腐蝕生銹并損壞其工作端,而微波可徹底殺滅其他消毒方法殺滅不到部位的病原微生物且不影響其機械性能。

    Seo等對直接接種于培養基中的細菌和在培養基中孵育30min后的細菌分別進行微波照射,結果顯示在相同作用時間下微波可完全殺滅兩種培養基中的細菌,并證實2450MHz微波可高效快速地滅活接種于培養基中的金黃色葡萄球菌。病毒是最常見的口腔病原體,其中丙型肝炎病毒和人類免疫缺陷病毒等高傳染性、難治愈性病毒是醫源性交叉感染的關注熱點。

    Siddharta等對丙型肝炎病毒和人類免疫缺陷病毒基因型單種病毒滴度進行微波滅活和監控,結果發現在90W或180W時,微波對控制病毒傳染無影響;在360W或更高功率時,微波照射2min以上即可顯著降低病毒的傳染性,但時間不足1min時,不會顯著降低病毒的傳染性;丙型肝炎病毒與Ⅰ型人類免疫缺陷病毒共同培養時,360W微波或更高頻率照射2min以上可殺滅兩種病毒并有效減少共同感染的可能性。因此,微波可有效殺滅口腔器械表面的細菌、病毒等病原微生物,且不損害器械性能,值得在口腔臨床工作中推廣應用。

    3.微波消毒對口腔材料性能的影響

    3.1印模材料

    印模材料是制取口腔陰模所用的材料,其拉伸強度、表面粗糙度、表面潤濕性被認為是影響最終修復體質量的關鍵影響因素。Kotha等證實微波消毒彈性印模材料后,由于照射過程中產生的熱量會改變材料中的彈性化學成分,故使其拉伸強度低于化學消毒法和高壓蒸汽滅菌法,表面粗糙度較其他兩種方法增加;而3種消毒方法的表面潤濕性差異無統計學意義。Kamble等研究證實,與化學消毒法和高壓蒸汽滅菌法相比,微波消毒后印模材料的線性膨脹系數減小,且3種消毒方法對口腔印模材料均可產生微小的尺寸變化,均符合美國牙醫學會規定的合格范圍。因此,微波可應用于口腔印模材料的消毒。

    3.2基托樹脂材料

    聚甲基丙烯酸甲酯是制作義齒常用的基托材料,美學性能和物理性能優越,但其多孔性的結構使得感染物質容易附著于義齒表面,增加了義齒的清潔難度,從而引起義齒性口炎。義齒消毒常用的方法主要有機械性清除法(牙刷清潔或超聲清潔)和化學清除法(泡騰片、粉末制劑、液體制劑等)。有學者建議使用微波爐進行口腔義齒消毒。Dovigo等的研究顯示,650W、3min微波可殺滅義齒基托表面的金黃色葡萄球菌、銅綠假單胞菌、枯草芽孢桿菌、念珠菌等,并達到消毒要求。

    而目前的文獻報道主要集中于微波對義齒表面念珠菌的滅菌效果,Buergers等研究證實,800W、6min的微波對浸泡于水中的丙烯酸樹脂基托表面的白色念珠菌有明顯的抑制作用,而過氧化氫和戊二醛等化學溶液不僅無明顯的殺滅作用,還可使義齒基托材料溶解、增加咀嚼過程中義齒斷裂的可能性,故不推薦用于義齒消毒。Brondani等研究表明,微波對義齒的消毒效果優于次氯酸鈉單純浸泡,與氯己定溶液浸泡法相比,使用微波照射義齒后,腭部口腔黏膜和義齒表面再感染的風險明顯降低,但并未完全消除再感染的發生。可見,微波消毒與義齒浸泡液類型、暴露時間、微波功率及微生物類型有關,其療效值得認可,但目前缺乏義齒微波消毒的金標準。

    化學清潔劑被廣泛應用于減少義齒基托表面菌斑形成,防止細菌定植于其表面,但這些化學物質的長期使用會影響材料的顏色、光澤度和表面粗糙度,不利于義齒美觀,減少義齒使用壽命。研究證實,2450MHz微波照射丙烯酸樹脂,隨照射時間延長,其顏色逐漸加深;雖然材料表面的光澤度無改變,表面粗糙度有所增加,但遠達不到臨床可覺察到的范圍。Machado等將義齒刷洗后浸泡于4%的氯己定溶液10min或650W微波照射6min,結果顯示兩種方法處理后義齒表面的粗糙度相似,對義齒性能無明顯影響。

    Goiato等證實,與4%氯己定溶液或1%次氯酸鈉浸泡方法相比,2450MHz微波消毒后丙烯酸樹脂的黏結強度無明顯變化;Konchada等研究證實,640W微波照射樹脂基托材料5min,在殺滅材料表面細菌的同時,基托樹脂的彎曲強度(拉伸、壓縮和剪切力)、沖擊強度、硬度等力學性能無明顯變化。有研究表明,650W、3min微波消毒可引起義齒少量收縮和輕微的維度變化,但并不影響義齒在口腔內的使用;此外,有學者用650W微波消毒浸泡于水中的丙烯酸樹脂3min,結果顯示第1次微波照射后丙烯酸樹脂的收縮性有所增加,而第2次、第3次和第4次照射后丙烯酸樹脂的尺寸變化均相似,這可能由于第1次微波消毒過程中溫度的升高使得殘留單體分子的釋放量增加,隨著微波消毒次數的增加,丙烯酸樹脂內部進一步發生聚合反應,單體分子的釋放量逐漸減少,從而使基托樹脂材料更加穩定。

    Vasconcelos等應用1300W的家用微波爐對經蒸餾水浸泡的義齒進行消毒,然后進行顯微壓痕硬度試驗測定義齒唇面中心的硬度,結果顯示與其他消毒方法相比,微波消毒后的義齒表面硬度輕微增加。而有學者認為,微波功率過大(>850W)或照射時間過久(>15min)常引起義齒形變,但對材料硬度沒有明顯影響。由于微波消毒樹脂基托材料所引起的材料硬度變化是臨床中肉眼覺察不到的輕微改變,故在美國牙醫學會規定的諾普硬度值范圍內,其可作為臨床消毒基托材料一種安全、有效、快捷的物理消毒方法。

    3.3其他材料

    微波可作為合成羥基磷灰石、磷酸鈣、硫酸鈣等人工植骨材料的最佳輔助條件,Khalid等應用1000W微波,短時照射3min不僅可改變人工植骨材料的分子結構,還可提高植骨材料的生物學活性,同時可增加成骨細胞的增殖與礦化,使植骨材料與牙槽骨形成良好的骨結合,從而提高臨床操作的成功率。此外,微波消毒也可作為口腔常用灌模材料的一種物理消毒方法,Silva等對灌模材料Ⅳ型人造石分別進行800W微波干燥與室溫干燥后檢測發現,材料的抗壓強度及尺寸穩定性均無明顯變化。

    4.小結

    微波是一種新型口腔消毒方法,較傳統消毒方法有獨特優勢,其可大大縮短消毒時間并提高消毒效率。微波消毒對口腔器械損傷小,療效肯定,其對病原微生物的殺滅效果受微波照射的頻率、時間及照射物品表面含水量等因素的影響;而微波消毒口腔材料,對其性能無明顯影響,甚至有時可增強其理化特性。未來,微波對口腔材料性能及相關分子機制的影響仍需深入探索,以為微波在口腔臨床消毒中的廣泛應用提供基礎。

編輯: 陸美鳳

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