连续蓝光与脉冲蓝光在减少粪肠球菌生物膜效果方面的比较

《Lasers in Medical Science》：Comparison of the effects of continuous and pulsed blue light for reduction of Enterococcus faecalis biofilms

蓝光激光结合光敏剂可有效清除肠球菌生物膜，脉冲波模式比连续波更具杀菌效果，尤其在30 J/cm2时差异显著。光敏剂单独作用无效，需配合激光辐照。研究参数包括峰值功率、占空比和平均能量密度。

　　本研究探讨了450纳米连续波（CW）和脉冲波（PW）蓝光二极管激光在结合两种不同光敏剂——姜黄素和核黄素的情况下，对成熟肠球菌（*Enterococcus faecalis*）生物膜模型的去污染效果。肠球菌是一种高度适应的条件性病原体，其在根管治疗失败的情况下常常成为持续性根管感染的关键因素。这种细菌能够在根管系统中存活并繁衍，主要得益于其多种致病特性，包括遗传多态性、侵入牙本质小管的能力、快速环境适应性以及最重要的生物膜形成能力。在生物膜结构中，肠球菌细胞表现出与游离细胞不同的生理特征，例如对抗菌药物的耐受性增强，以及在应激环境下更高的生存率。生物膜中的细胞表面黏附因子不仅促进了细菌的定植和持续存在，还增强了其对宿主组织的深层侵袭能力，从而使得肠球菌在生物膜状态下更具致病性和耐药性。这使得根管消毒变得尤为困难，进而影响治疗的长期效果。

针对这一挑战，研究引入了一种名为光动力疗法（PDT）的新技术，其利用特定波长的光激活光敏剂，从而产生具有杀菌作用的活性氧物种（ROS）。这一方法已被证明在对抗多种细菌感染方面具有显著潜力，尤其是在处理难以通过传统方法清除的生物膜。姜黄素和核黄素作为天然光敏剂，因其良好的抗菌性能和独特的光毒性特性，受到了广泛的关注。姜黄素因其天然来源和显著的抗菌活性，成为PDT研究中的热门候选。而核黄素由于其水溶性，也展现出一定的应用前景。然而，尽管这两种光敏剂在PDT中具有一定的潜力，但其实际效果仍然受到多种因素的影响，包括光的波长、光强、照射时间以及光敏剂的浓度等。

本研究采用了一种450纳米蓝光二极管激光作为光源，分别测试了连续波和脉冲波两种照射模式对成熟肠球菌生物膜的杀菌效果。实验中，研究者设计了四种不同的激光参数组合：A组（连续波，峰值功率0.4瓦，平均能量密度24焦耳/平方厘米）、B组（脉冲波，占空比50%，峰值功率0.8瓦，平均能量密度24焦耳/平方厘米）、C组（连续波，峰值功率0.5瓦，平均能量密度30焦耳/平方厘米）和D组（脉冲波，占空比50%，峰值功率1.0瓦，平均能量密度30焦耳/平方厘米）。所有组别在进行激光照射前，均添加了5毫克/毫升的姜黄素或核黄素溶液，并在黑暗环境中孵育5分钟，以确保光敏剂能够充分渗透到生物膜中。随后，激光照射在特定的条件下进行，包括将激光探头垂直放置于微孔板的表面，距离为1毫米，并保持照射时间为30秒。

实验结果显示，所有激光参数组均表现出显著的细菌减少效果，与未照射的对照组相比，差异具有统计学意义（p < 0.001）。然而，脉冲波（PW）模式在降低细菌数量方面表现更为显著，尤其是在平均能量密度为30焦耳/平方厘米的情况下，其效果尤为突出。相比之下，连续波（CW）模式的杀菌效果相对较弱。此外，单独使用姜黄素或核黄素而不进行激光照射的情况下，其抗菌效果并不显著（p > 0.05），这表明光敏剂的激活需要光的参与，而单纯的光敏剂无法实现有效的杀菌。

在进一步分析中，研究者发现，PW模式在PDT中表现出更高的杀菌效率，这可能与其独特的物理特性有关。脉冲波激光能够在短时间内释放高强度的能量，从而对细菌细胞壁和细胞膜产生机械性的冲击，同时，其间歇性的照射模式允许细菌微环境中的部分氧气恢复，有助于维持活性氧的持续生成。这种机制不仅增强了PDT的杀菌能力，还减少了由于过度加热而导致的组织损伤和炎症反应。相比之下，连续波激光虽然能够提供稳定的能量输出，但在处理生物膜时，其效果可能受到生物膜结构的限制，导致能量传递效率较低。

研究还指出，光敏剂的浓度和激光参数的选择对于PDT的最终效果具有关键影响。尽管姜黄素和核黄素在低浓度下表现出一定的抗菌活性，但当结合高能量密度的激光照射时，其效果得到了显著增强。特别是当使用脉冲波激光时，其在高能量密度条件下的杀菌效果更为突出。这表明，在PDT的应用中，激光的类型和参数设置是决定治疗效果的重要因素之一。此外，研究强调，为了达到最佳的杀菌效果，必须精确选择合适的参数组合，以确保足够的能量密度和适当的光强。

本研究的结果对于未来在临床环境中应用PDT提供了重要的参考。由于生物膜的存在使得传统抗菌方法难以有效清除感染，因此开发新的杀菌策略显得尤为重要。脉冲波激光作为一种新型的光动力治疗手段，其在杀菌效果和安全性方面表现出明显的优势。然而，当前的研究仍存在一定的局限性，例如实验仅在体外环境中进行，尚未涉及体内或体外模型的实际应用效果。此外，研究仅比较了姜黄素和核黄素两种光敏剂，未来的研究可能需要纳入更多种类的光敏剂，以全面评估不同光敏剂与激光类型之间的相互作用及其对生物膜的清除能力。

在实际应用中，PDT的疗效还受到多种因素的影响，包括光的波长、能量密度、照射时间以及光敏剂的种类和浓度。因此，为了提高PDT的治疗效果，有必要进一步优化这些参数，并探索其在不同病原体和生物膜类型中的适用性。此外，研究还指出，不同微生物对脉冲波激光的敏感性可能存在差异，这可能与其细胞壁结构和保护机制有关。因此，在应用PDT时，需要针对不同的病原体进行个体化的参数调整，以实现最佳的杀菌效果。

总体而言，本研究为光动力疗法在对抗生物膜相关感染方面的应用提供了新的视角。通过比较连续波和脉冲波激光在不同能量密度条件下的杀菌效果，研究者发现脉冲波激光在相同平均能量密度下表现出更强的杀菌能力。这一发现对于未来开发更高效的PDT技术具有重要意义，尤其是在处理顽固性感染时。然而，为了确保PDT的广泛应用，还需要进一步的研究来验证其在不同环境和生物膜模型中的有效性，并探索其在临床中的实际应用价值。