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微波消毒口腔器械材料的研究进展

2020-3-4 14:03  来源:医学综述
编辑:尹贇贇 李新 王梦溪 袁琳 赵同平 阅读量:3520

    微波是在电磁波谱中位于无线电波和红外线之间,频率为300MHz至300GHz、波长为1mm至1m的电磁波,是分米波、厘米波、亚毫米波的总称。国际工业,科学和医药(Industrial Scientific Medical,ISM)频段组织开放了869MHz、915MHz、2450MHz和5800MHz等波段,其应用不需要许可,其中以2450MHz最为常用,在实际生活中手机信号、微波炉、医疗设备等均应用此波段。

    1979年,美国食品药品管理局将医用微波作为一种安全非侵入性的治疗方法。随着微波生物效应,特别是对非热效应的深入研究,便携式、家用化微波理疗设备的研发,推动了微波在医疗领域的广泛应用。传统高压灭菌消毒方法对消毒环境和时间要求较高,需在高压蒸汽炉内45min才能达到要求,而微波消毒一般不超过20min即可达到灭菌要求。因此,微波消毒作为新一代物理消毒方法受到广泛关注,并被视为传统消毒方法的最佳替代品。现就微波在口腔消毒方面的热效应和非热效应机制,对口腔器械表面细菌、病毒等病原微生物的杀灭效果及微波消毒对口腔印模材料、基托树脂、灌模材料等性能的影响予以综述。

    1.微波消毒机制

    微波对微生物的消毒灭菌是热效应与非热效应共同作用的结果。微波热效应是指在微波电磁场的作用下,组织自身的极性分子间高速旋转、碰撞、摩擦产热使温度升高;温度升高的程度不同,所产生的生物学效应也不同,微波消毒就是利用这一点使微生物组织温度的升高超过其生理耐受阈值而死亡,进而达到消毒灭菌的效果。微波非热效应体现在对生物大分子、细胞膜等生物结构或生理功能所造成的除产热以外的影响。

    在电磁场作用下,带电离子做圆周运动并产生回旋振荡、重新分配氢键、疏水键和范德瓦耳斯力,破坏微生物结构的完整性,改变遗传物质或其他生物大分子的结构,使微生物周围温度升高、蛋白质变性,最终引发不可逆性改变,从而杀死病原微生物。微波消毒效果受到被消毒物品预处理、微波功率大小、微波作用时间、微生物种类等多种因素的影响。水分子的谐振频率在微波波段范围内,微波可使水分子之间震动摩擦产生热量,使水或含水物质温度升高,故湿度在微波消毒的热量传递及吸取中发挥重要作用。因此,提倡消毒物品预先进行浸泡、清洗等预处理,增加被消毒物品表面的湿度或含水量,增强热效应的杀伤作用,以更好地发挥微波对微生物的抑制或杀伤作用。

    微波对口腔中的细菌、真菌、病毒等多种病原微生物均有杀灭作用。口腔感染根管内最主要的细菌为专性厌氧菌,根管消毒主要有物理消毒和化学消毒两种,由于化学消毒可造成化学性根尖周炎和过敏现象,所以物理消毒法(微波、光动力、超声等)更受青睐。谢富强研究证实,微波对通畅根管的消毒效果与根管内含水量有关,根尖周或根管内的病理组织含水量较多,而牙釉质、牙骨质、牙槽骨等正常组织含水量相对较少,故微波能量主要被病理组织吸取起杀菌作用,但不影响正常根尖周组织的健康。

    链球菌属是龋病的主要病原菌,Kerr等证实,6.6W、2450MHz微波对变形链球菌的杀伤率>99%,因而微波可应用于口腔内龋病或根管治疗相关器械的消毒。Senna等证实,450W微波照射义齿表面2min、温度低于71℃时即可达到杀灭义齿表面病原微生物的要求。Ge和Liu发现,2450MHz微波在400W时,1~2min的细菌致死率为20%,达到完全灭菌的温度为97℃;600W时,5min的细菌致死率为80%,2h达100%,达到完全灭菌的温度为97.4℃;850W时,2.5min即可杀灭100%的细菌,此时温度为98℃。因此在相同的处理时间内,微波功率越大,温度越高,细菌致死率越高,杀菌速度越快;同时研究证实,细菌较霉菌、酵母菌和放线菌等不易杀灭,细菌被完全杀灭时其余菌种也会被杀灭,因此对细菌的杀灭程度可作为微波消毒效果的评价指标。

    微波可彻底杀灭义齿表面的真菌,避免长期使用氟康唑、伊曲康唑、酮康唑等全身抗真菌药物产生的耐药性和菌群失调,以及药物价格昂贵。Neppelenbroek等应用微波(650W)和抗真菌药物(咪康唑,每日3次)对患者戴用的义齿进行真菌涂片观察到,微波组未见假酵母丝,抗真菌药物(咪康唑)组仍存在假酵母丝和菌丝。而Silva等对每周2次微波消毒全口义齿与常规抗真菌药物治疗义齿性口炎进行对比发现,两者的疗效相似。

    义齿性口炎常伴发口腔白斑,而人乳头瘤病毒主要存在于人皮肤和黏膜的上皮细胞,可引发人乳头瘤病,是口腔白斑癌变的危险因素。此外,微波可更好地杀灭口腔内的病毒,并有利于疾病的恢复。Bristow等选取54例难治性病毒疣患者进行能量密度130J/cm2微波照射5s发现,完全治愈率为75.9%,高于水杨酸或冷冻疗法的治愈率(33%)。

    2.微波消毒对口腔器械性能的影响

    口腔科常用器械包括车针、扩大针、高/低速手机等,在口腔治疗过程中常被血液、唾液、病原体等污染,其因复杂的表面结构(螺纹、砂面等)而不易被彻底清洁。化学消毒方法需要在最适宜的药物浓度、酸碱度、温度、湿度及作用时间等条件下浸泡消毒器械,对常规细菌作用时间为30min,对病毒(乙型肝炎病毒)作用时间为1~2h,而对芽孢、放线菌、螺旋体等特殊菌体或含菌量高的器械作用时间需延长至3~4h才可达到消毒灭菌要求;另外甲醛、戊二醛等化学消毒溶液具有刺激性和挥发性,容易导致器械工作端腐蚀生锈,降低器械性能、缩短设备使用寿命,如化学性消毒液配置或浸泡器械时操作不当易损伤皮肤或其他部位的黏膜,同时易造成空气的二次污染,对身体健康造成威胁。

    常规高压蒸汽灭菌需在134℃、消毒45min才可达到灭菌要求,而温度高、时间长容易造成器械性能的损伤。微波消毒是一种经济、快速、有效的物理消毒方法,微波热效应和非热效应均可在常规压力、不依赖化学杀菌剂的情况下发挥杀菌作用,减少因压力造成的器械性能折损和化学制剂的相互作用而引起的器械腐蚀老化。Yezdani等研究证实,高压蒸汽灭菌可使正畸钳子、拔牙钳子等不锈钢器械腐蚀生锈并损坏其工作端,而微波可彻底杀灭其他消毒方法杀灭不到部位的病原微生物且不影响其机械性能。

    Seo等对直接接种于培养基中的细菌和在培养基中孵育30min后的细菌分别进行微波照射,结果显示在相同作用时间下微波可完全杀灭两种培养基中的细菌,并证实2450MHz微波可高效快速地灭活接种于培养基中的金黄色葡萄球菌。病毒是最常见的口腔病原体,其中丙型肝炎病毒和人类免疫缺陷病毒等高传染性、难治愈性病毒是医源性交叉感染的关注热点。

    Siddharta等对丙型肝炎病毒和人类免疫缺陷病毒基因型单种病毒滴度进行微波灭活和监控,结果发现在90W或180W时,微波对控制病毒传染无影响;在360W或更高功率时,微波照射2min以上即可显著降低病毒的传染性,但时间不足1min时,不会显著降低病毒的传染性;丙型肝炎病毒与Ⅰ型人类免疫缺陷病毒共同培养时,360W微波或更高频率照射2min以上可杀灭两种病毒并有效减少共同感染的可能性。因此,微波可有效杀灭口腔器械表面的细菌、病毒等病原微生物,且不损害器械性能,值得在口腔临床工作中推广应用。

    3.微波消毒对口腔材料性能的影响

    3.1印模材料

    印模材料是制取口腔阴模所用的材料,其拉伸强度、表面粗糙度、表面润湿性被认为是影响最终修复体质量的关键影响因素。Kotha等证实微波消毒弹性印模材料后,由于照射过程中产生的热量会改变材料中的弹性化学成分,故使其拉伸强度低于化学消毒法和高压蒸汽灭菌法,表面粗糙度较其他两种方法增加;而3种消毒方法的表面润湿性差异无统计学意义。Kamble等研究证实,与化学消毒法和高压蒸汽灭菌法相比,微波消毒后印模材料的线性膨胀系数减小,且3种消毒方法对口腔印模材料均可产生微小的尺寸变化,均符合美国牙医学会规定的合格范围。因此,微波可应用于口腔印模材料的消毒。

    3.2基托树脂材料

    聚甲基丙烯酸甲酯是制作义齿常用的基托材料,美学性能和物理性能优越,但其多孔性的结构使得感染物质容易附着于义齿表面,增加了义齿的清洁难度,从而引起义齿性口炎。义齿消毒常用的方法主要有机械性清除法(牙刷清洁或超声清洁)和化学清除法(泡腾片、粉末制剂、液体制剂等)。有学者建议使用微波炉进行口腔义齿消毒。Dovigo等的研究显示,650W、3min微波可杀灭义齿基托表面的金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、枯草芽孢杆菌、念珠菌等,并达到消毒要求。

    而目前的文献报道主要集中于微波对义齿表面念珠菌的灭菌效果,Buergers等研究证实,800W、6min的微波对浸泡于水中的丙烯酸树脂基托表面的白色念珠菌有明显的抑制作用,而过氧化氢和戊二醛等化学溶液不仅无明显的杀灭作用,还可使义齿基托材料溶解、增加咀嚼过程中义齿断裂的可能性,故不推荐用于义齿消毒。Brondani等研究表明,微波对义齿的消毒效果优于次氯酸钠单纯浸泡,与氯己定溶液浸泡法相比,使用微波照射义齿后,腭部口腔黏膜和义齿表面再感染的风险明显降低,但并未完全消除再感染的发生。可见,微波消毒与义齿浸泡液类型、暴露时间、微波功率及微生物类型有关,其疗效值得认可,但目前缺乏义齿微波消毒的金标准。

    化学清洁剂被广泛应用于减少义齿基托表面菌斑形成,防止细菌定植于其表面,但这些化学物质的长期使用会影响材料的颜色、光泽度和表面粗糙度,不利于义齿美观,减少义齿使用寿命。研究证实,2450MHz微波照射丙烯酸树脂,随照射时间延长,其颜色逐渐加深;虽然材料表面的光泽度无改变,表面粗糙度有所增加,但远达不到临床可觉察到的范围。Machado等将义齿刷洗后浸泡于4%的氯己定溶液10min或650W微波照射6min,结果显示两种方法处理后义齿表面的粗糙度相似,对义齿性能无明显影响。

    Goiato等证实,与4%氯己定溶液或1%次氯酸钠浸泡方法相比,2450MHz微波消毒后丙烯酸树脂的黏结强度无明显变化;Konchada等研究证实,640W微波照射树脂基托材料5min,在杀灭材料表面细菌的同时,基托树脂的弯曲强度(拉伸、压缩和剪切力)、冲击强度、硬度等力学性能无明显变化。有研究表明,650W、3min微波消毒可引起义齿少量收缩和轻微的维度变化,但并不影响义齿在口腔内的使用;此外,有学者用650W微波消毒浸泡于水中的丙烯酸树脂3min,结果显示第1次微波照射后丙烯酸树脂的收缩性有所增加,而第2次、第3次和第4次照射后丙烯酸树脂的尺寸变化均相似,这可能由于第1次微波消毒过程中温度的升高使得残留单体分子的释放量增加,随着微波消毒次数的增加,丙烯酸树脂内部进一步发生聚合反应,单体分子的释放量逐渐减少,从而使基托树脂材料更加稳定。

    Vasconcelos等应用1300W的家用微波炉对经蒸馏水浸泡的义齿进行消毒,然后进行显微压痕硬度试验测定义齿唇面中心的硬度,结果显示与其他消毒方法相比,微波消毒后的义齿表面硬度轻微增加。而有学者认为,微波功率过大(>850W)或照射时间过久(>15min)常引起义齿形变,但对材料硬度没有明显影响。由于微波消毒树脂基托材料所引起的材料硬度变化是临床中肉眼觉察不到的轻微改变,故在美国牙医学会规定的诺普硬度值范围内,其可作为临床消毒基托材料一种安全、有效、快捷的物理消毒方法。

    3.3其他材料

    微波可作为合成羟基磷灰石、磷酸钙、硫酸钙等人工植骨材料的最佳辅助条件,Khalid等应用1000W微波,短时照射3min不仅可改变人工植骨材料的分子结构,还可提高植骨材料的生物学活性,同时可增加成骨细胞的增殖与矿化,使植骨材料与牙槽骨形成良好的骨结合,从而提高临床操作的成功率。此外,微波消毒也可作为口腔常用灌模材料的一种物理消毒方法,Silva等对灌模材料Ⅳ型人造石分别进行800W微波干燥与室温干燥后检测发现,材料的抗压强度及尺寸稳定性均无明显变化。

    4.小结

    微波是一种新型口腔消毒方法,较传统消毒方法有独特优势,其可大大缩短消毒时间并提高消毒效率。微波消毒对口腔器械损伤小,疗效肯定,其对病原微生物的杀灭效果受微波照射的频率、时间及照射物品表面含水量等因素的影响;而微波消毒口腔材料,对其性能无明显影响,甚至有时可增强其理化特性。未来,微波对口腔材料性能及相关分子机制的影响仍需深入探索,以为微波在口腔临床消毒中的广泛应用提供基础。

编辑: 陆美凤

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