Czas. Stomatol., 2008, 61, 1, 55-60 2008 Polish Dental Society http://www.czas.stomat.net Zastosowanie dopplerowskiego przepływomierza laserowego w ocenie stanu tkanek przyzębia przegląd piśmiennictwa Application of Laser Doppler Flowmetry to the evaluation of periodontal tissues review of literature Maria Chomyszyn-Gajewska, Iwona Olszewska-Czyż Z Katedry i Zakładu Periodontologii i Klinicznej Patologii Jamy Ustnej UJ CM w Krakowie Kierownik: prof. dr hab. n. med. M. Chomyszyn-Gajewska Summary Introduction: Measuring blood flow by means of Laser Doppler Flowmeter is a modern method, yet not frequently applied to dental research. It is noninvasive, has a data-archiving feature, and allows early detection of changes in blood flow not only in the human body, but also in the oral mucosa. Aim of the study: To describe the application of Laser Doppler Flowmetry to assess the condition of periodontal tissues on the basis of available literature on the subject. Conclusion: Periodontal tissues are among the most highly vascularized ones in the human body. Laser Doppler Flowemetry is a non-invasive technique to detect early pathological lesions in periodontal tissues. By simultaneous analysis of clinical indices of periodontal condition against blood flow changes we might obtain a much more comprehensive picture of periodontal lesions. Streszczenie Wprowadzenie: mierzenie przepływu krwi za pomocą przepływomierza laserowo-dopplerowskiego jest nowoczesną, jeszcze słabo rozpowszechnioną w badaniach stomatologicznych metodą. Jest to badanie nieinwazyjne z możliwością rejestrowania obiektywnych danych wyników w komputerze oraz pozwala na wykrycie wczesnych zaburzeń w przepływie krwi nie tylko w organizmie, lecz także w błonie śluzowej jamy ustnej. Cel pracy: na podstawie dostępnego piśmiennictwa opisano możliwości zastosowania laserowego przepływomierza dopplerowskiego w ocenie stanu tkanek przyzębia. Podsumowanie: tkanki przyzębia są jednymi z najbardziej unaczynionych w organizmie człowieka. Dzięki laserowemu przepływomierzowi Dopplera istnieje możliwość bezinwazyjnej oceny oraz wczesnego wykrycia zmian patologicznych w tkankach przyzębia. Oceniając kliniczne wskaźniki stanu przyzębia i jednocześnie przepływ naczyniowy za pomocą laserowego przepływomierza Dopplera można uzyskać pełniejszy obraz zmian patologicznych w tkankach przyzębia. KEYWORDS: Laser Doppler Flowmetry, periodontal tissues HASŁA INDEKSOWE: dopplerowski przepływomierz laserowy, tkanki przyzębia 55
M. Chomyszyn-Gajewska, I. Olszewska-Czyż Czas. Stomatol., Wstęp Tkanki przyzębia są jednymi z najbardziej unaczynionych w organizmie człowieka. Naczynia krwionośne ozębnej tworzą swoisty aparat hydrauliczny, który chroni inne struktury przyzębia przed nadmiernymi obciążeniami, a w konsekwencji przed ich uszkodzeniem przyjmując kształt koszyczka. Pod nabłonkiem łączącym znajduje się bardzo gęsty splot naczyń krwionośnych splot postkapilarny, pełniący ważną rolę w patomechaniźmie procesu zapalnego. Z kolei w warstwie tkanki łącznej dziąsła znajdują się pętle naczyniowe, których największe skupiska mieszczą się w obrębie brodawek zębowych. Naczynia krwionośne wyrostka zębodołowego, dziąsła, ozębnej oraz miazgi zęba są połączone ze sobą licznymi anastomozami tworząc złożoną sieć czynnościowo-morfologiczną, w której przepływ krwi podlega zmianie, również w warunkach fizjologicznych [3]. W zdrowym przyzębiu, po kontakcie z metabolitami płytki bakteryjnej dochodzi do reakcji zapalnej. Jej pierwszym objawem jest produkcja przez komórki obronne mediatorów zapalenia, między innymi Il-1β i TNF-α. W odpowiedzi na te oraz inne czynniki dochodzi do zmiany w prędkości przepływu krwi, zauważalnej zwłaszcza w splocie postkapilarnym. Jest to jeden z pierwszych, jeszcze nie uchwytnych dla ludzkiego oka, objawów rozpoczynającego się zapalenia przyzębia. Dzięki laserowemu przepływomierzowi Dopplera istnieje możliwość nieinwazyjnej oceny oraz wczesnego wykrywania tych zmian patologicznych [15]. Cel pracy Celem pracy było omówienie na podstawie dostępnego piśmiennictwa możliwości zastosowania laserowego przepływomierza dopplerowskiego do oceny stanu tkanek przyzębia. Przepływomierz laserowy ocena zastosowania Dopplerowski przepływomierz laserowy (ang. Laser Doppler Flowmetry LDF) jest urządzeniem wykorzystującym promienie laserowe. Skierowane na powierzchnię badanej tkanki ulegają odbiciu, absorpcji i rozproszeniu na stałych i ruchomych elementach tkanki. Promieniowanie odbite i rozpraszane jest reemitowane i może być rejestrowane. Promieniowanie rozproszone na nieruchomych strukturach zachowuje częstotliwość źródła laserowego, zaś promieniowanie rozproszone na będących w ruchu krwinkach zmienia swoją częstotliwość zgodnie ze zjawiskiem Dopplera, co jest wykorzystywane w diagnostyce układu krążenia. Aparat przekształca promieniowanie w sygnał elektryczny, który zostaje zobrazowany w formie spektrum przepływu oraz wartościach bezwzględnych PU (ang. Perfusion Units), w łatwych do porównania jednostkach [4]. Badanie przepływu krwi przez tkanki przyzębia za pomocą przepływomierza jest nieinwazyjne, bezbolesne, nie wywołuje skutków ubocznych i nie ma przeciwwskazań do jego użycia. Zmiany w przepływie krwi są oceniane poprzez wykrywanie ruchu czerwonych ciałek krwi w małej objętości tkanki (około 1 mm 3 ), co stanowi jedną z niewielu wad badania [18, 25]. Należy także pamiętać o trudności w ocenie procesów zachodzących w tkankach objętych chorobami przyzębia, zazwyczaj ze względu na brak danych wstępnych koniecznych do porównania ze stanem choroby. Poza tym wartości przepływu ulegają zmianie wraz upływem czasu i miejscem umieszczenia sondy [4]. 56
2008, 61, 1 Dopplerowski przepływomierz laserowy w ocenie stanu tkanek przyzębia Pomimo tego metoda jest godna zauważenia, gdyż jest nieinwazyjna, a także może być przydatna w badaniach nad przepływem krwi w trudnym do oceny środowisku a takim są przecież tkanki jamy ustnej [8, 14]. Metodę tę próbuje się wprowadzić w stomatologii, ponieważ różne czynniki, w tym alergeny mogą zmieniać przepływ krwi w tkance dziąsła [4, 19]. Wiele lat badacze zajmowali się zmianami zachodzącymi w zdrowych i objętych chorobą tkankach jamy ustnej. Już Baab i wsp. [4] w 1986 roku oceniali wpływ bodźców termicznych, mechanicznych i zgryzowych na zmiany w przepływie krwi w różnych częściach błony śluzowej dziąsła uzyskując wyniki zachęcające do dalszych badań. W następnych latach podejmowano kolejne próby ustalenia natury zjawisk zachodzących w jamie ustnej. Baab i wsp.[5] w kolejnej pracy stwierdzili, że pacjenci z chorobami przyzębia wykazywali po leczeniu trzykrotnie szybszy powrót do wartości wyjściowych przepływu krwi w dziąśle niż osoby ze zdrowym dziąsłem. Efekt ten może być powiązany z wczesnymi zmianami morfologicznymi we włośniczkach dziąsła, zachodzącymi w jego stanie zapalnym [23]. Uważa się, że uszkodzenie tkanki dziąsła spowodowane, np. zapaleniem wywołanym obecnością płytki nazębnej wymaga dopływu wystarczającej ilości krwi, aby zaszło prawidłowe gojenie tak, jak to się dzieje w innych regionach ciała. Wolniejszy proces gojenia jest także często powiązany ze starszym wiekiem, gdzie dochodzi do zaburzeń w krążeniu [21]. Jak dotąd niewiele badań miało na celu opracowanie standardów badania przepływu krwi w dziąsłach (ang. Gingival Blood Flow GBF) za pomocą LDF. Gleissner i wsp. [11] u każdego z 10 zdrowych ochotników notowali wartości wskaźnika dziąsłowego (ang. Gingival Index GI), wskaźnika płytki nazębnej (ang. Plaque Index PI) oraz GBF w 13 miejscach. Develiouglu i wsp. [9] oraz Perry i wsp. [26] odnotowywali również głębokość położenia czujnika LDF, zaś Kerdvongbundit i wsp. [16] stopień rozchwiania zębów. Pomiarów dokonywano [16, 17] w obrębie dziąsła wolnego, przytwierdzonego, międzyzębowego oraz błony śluzowej wyrostka zębodołowego. Badacze stwierdzili również, że nie bez znaczenia pozostaje sposób trzymania czujnika LDF. Gleissner i wsp. [11] otrzymali znacząco wyższe wartości GBF przy ręcznym trzymaniu czujnika w porównaniu z zastosowaniem szyny utrzymującej oraz dowiedli, że zastosowanie statywu do unieruchomienia czujnika jest podstawą do precyzyjnego wyznaczenia wartości GBF. Inni badacze [26] stosowali szynę polisiloksanową z otworami do umieszczenia sondy LDF. Matsuki i wsp. [22] zaobserwowali zaś, że wraz ze wzrostem odległości czujnika LDF od badanych tkanek maleją wartości GBF. Z kolei zmiana kąta nachylenia czujnika nie daje znaczących wyników. Za pomocą LDF zbadano przepływ krwi w różnych okolicach jamy ustnej i stwierdzono najwyższe jego wartości w języku, błonie śluzowej policzka i przedsionka jamy ustnej [20]. Wartości średnie odnotowano w obrębie dziąsła przytwierdzonego, zaś najniższe w miazdze zęba. Z kolei inni badacze [4] stwierdzili, iż GBF mierzony w zdrowym dziąśle brzeżnym różnych zębów jest zbliżony w obrębie danego łuku zębowego, natomiast w żuchwie jest znacząco wyższy niż w szczęce. Tylko dwóch autorów podaje wartości GBF. Perry i wsp. [26] otrzymali w badaniach średnią wartość 156,4 PU (ang. Perfusion Units). Patino-Marin i wsp. [25] podają zaś wyniki 14,210 ± 1075 PU w fazie kontrolnej oraz 1651 ± 202 PU podczas ucisku dziąsła lub po ustąpieniu kompresji 13,322 ± 1513 PU. Przepływomierz laserowo dopplerowski 57
M. Chomyszyn-Gajewska, I. Olszewska-Czyż Czas. Stomatol., wykorzystywano dotąd również w celu zbadania wpływu różnych czynników na przepływ krwi. I tak, po zmianie pozycji ciała z siedzącej na leżącą odnotowano wzrost przepływu krwi w jamie ustnej o 23%. W badaniach wpływu bodźców termicznych ciepłe wywołały wzrost, zaś zimne znaczący spadek przepływu [22]. Również po zastosowaniu środków obkurczających naczynia krwionośne lub ucisku dziąsła [25] poziom przepływu krwi w dziąśle uległ znaczącemu obniżeniu. Autorzy stwierdzili, że stymulacja okostnej wywołuje wzrost GBF utrzymujący się do tygodnia po stymulacji [10]. Do podwyższenia przepływu krwi przyczynić się może również szczotkowanie zębów oraz zastosowanie SLS (ang. sodium lauryl sulfate), najpopularniejszego detergentu w pastach do zębów [26]. LDF posłużył wielu badaczom również do obserwacji różnic w przepływie krwi pomiędzy dziąsłem zdrowym oraz znajdującym się w stanie zapalnym. Gleissner i wsp. [11] stwierdzili, iż GBF wzrasta wraz ze wzrostem zaawansowania stanu zapalnego dziąseł i jego poziom jest wyższy w przewlekłym zapaleniu dziąseł niż zapalenieniu eksperymentalnym. Kedvongbundit i wsp. [18] zaobserwowali z kolei spadek dziąsłowego przepływu krwi w eksperymentalnym gingivitis. W tym porównaniu uwzględniono wyniki uzyskiwane zawsze po tej samej stronie ciała. Autorzy podkreślają również, że w obrębie każdej z badanych grup występowały znaczące różnice pomiędzy stronami. W 3 miesiące po leczeniu stanu zapalnego dziąseł odnotowano powrót wartości GBF do stanu wyjściowego, co potwierdza celowość stosowania LDF do diagnostyki stanu jamy ustnej [6]. Do chwili obecnej autorzy podejmowali próby oceny przepływu krwi w dziąśle, błonie śluzowej jamy ustnej oraz miazdze zęba. Badano również wpływ działania bodźców, takich jak: ciepło, zimno, siły mechaniczne i środki farmakologiczne, na zmiany reakcji przekrwiennej w wyżej wymienionych tkankach, lecz nie wyjaśniono ostatecznie problemów związanych z wyżej wymienionymi zagadnieniami [1, 12, 13]. Zmiany w przepływie krwi mogą być wykryte za pomocą tej metody zanim pojawią się objawy kliniczne, co stwierdzili Hellner i Schmeize [13]. Retzepif i wsp. [28] badali zmiany w przepływie krwi w płatach śluzówkowo-okostnowych pacjentów w trakcie zabiegów chirurgicznych na tkankach przyzębia. Zaobserwowali wyraźne zmiany we wszystkich częściach badanych płatów. Początkowo o charakterze niedokrwiennym, zaś następnego dnia przepływ krwi uległ zwiększeniu, które trwało 7 dni i powracało do wartości wyjściowych po 15 dniach. Stwierdzili wyraźne różnice topograficzne w schemacie zmian przepływu krwi w zależności od miejsca pomiaru. Develioglu i wsp. [9] oraz inni autorzy [2, 27, 29] za pomocą techniki LDF stwierdzili w swoich badaniach zaburzenia w przepływie krwi w dziąśle brzeżnym u pacjentów po umieszczeniu koron poddziąsłowych. Inni autorzy stwierdzili, że przepływ w poszczególnych włośniczkach, liczba naczyń z aktywnym przepływem, a także średnica naczyń nie może być analizowana, lecz tylko całkowity przepływ w ocenionej tkance [20]. Kerdvodbundit i wsp. [16] w 2002 r. w swoich badaniach uzyskali dane wskazujące na większy przepływ krwi w naczyniach włosowatych zdrowego dziąsła w odcinku przednim szczęki niż żuchwy. Może to być spowodowane różnicą w budowie anatomicznej tych obszarów. Badania na zwierzętach wykazały zmiany w wyglądzie makroskopowym włośniczek, których przebieg staje się nieregularny, są bardziej skręcone i wygięte. Wraz ze wzrostem zapalenia znikają naczynia łączące, na- 58
2008, 61, 1 Dopplerowski przepływomierz laserowy w ocenie stanu tkanek przyzębia czynia żylne ulegają poszerzeniu, zaś tętniczki zwężeniu. Powyższe zmiany naczyniowe poprzedzają widoczne zmiany histopatologiczne, które zaczynają się zwykle po 2 dniach od wystąpienia stanu zapalnego. Włośniczki w dziąśle międzyzębowym są jednymi z pierwszych, które zostają objęte procesem zapalnym [24]. Przepływ krwi w dziąśle brzeżnym może ulec także zmianie po założeniu wypełnienia lub nagromadzeniu się płytki nazębnej [4]. Wykazano związek pomiędzy wskaźnikiem płytki, stanem zapalnym dziąsła a mikrokrążeniem w tkance, jak również dynamiczne zmiany w związku z rozwojem i postępem gingivitis [6, 7, 20]. Podsumowanie Mierzenie przepływu krwi za pomocą przepływomierza laserowo-dopplerowskiego jest metodą nowoczesną, słabo jeszcze rozpowszechnioną w badaniach stomatologicznych. Nieinwazyjność, a także możliwość rejestracji wyników w komputerze pozwala na wykrycie wczesnych zaburzeń w przepływie krwi w organizmie, a także przez błonę śluzową jamy ustnej. Oceniając kliniczne wskaźniki stanu przyzębia i jednocześnie ich przepływ naczyniowy można uzyskać pełniejszy obraz zmian patologicznych pojawiających się w tkankach przyzębia. W polskim piśmiennictwie jest niewiele opracowań na temat praktycznego zastosowania metody LDF w stomatologii. Opracowanie powtarzalnej metody pozwoliłoby na praktyczne jej zastosowanie zarówno przy prognozowaniu zachowawczego jak i chirurgicznego leczenia. Piśmiennictwo 1. Ahn J, Pogrel M A: The effects of 2% lidocaine with 1:100 000 epinephrine on pulpal and gingival flow. Oral Surg Oral Med Oral Pathol Oral Radiol Endod 1998, 85, 2: 197-202. 2. Al-Wahadni A, Linden G J, Hussey D L: Periodontal response to cantilevered and fixedfixed resin bonded bridges. Eur J Prosthodont Restor Dent 1999, 7, 2: 57-60. 3. Atkins S E, Tuncay O C: Gingival blood flow. Miss Dent Assoc J 1993, 49, 2: 27-29. 4. Baab D A, Oberg P A, Holloway G A: Gingival blood flow measured with a laser Doppler flowmetry. J Periodontol 1986, 21, 1: 73-85. 5. Baab D A, Oberg, Lundström A: Gingival blood flow and temperature changes in young humans with a history of periodontitis. Arch Oral Biol 1990, 35, 2: 95-101. 6. Daly C G, Highfield J E: Effect of localized experimental gingivitis on early supragingival plaque accumulation. J Periodontol 1996, 23, 3: 160-164. 7. Del Fabbro M, Francetti L, Bulfamante G, Cribiu M, Miserocchi G, Weinstein R L: Fluid dynamics of gingival tissues in transition from physiological condition to inflamation. J Periodontol 2001, 72, 1: 65-73. 8. De Rijk W G, Bower P D, Bonner R F: Preliminary results with Laser Doppler velocimetry (LDV) in gingival tissues. J Dent Res 1980, 59: 232. 9. Develioglu H, Kesim B, Tuncel A: Evaluation of the Marginal Gingival Health Using Laser Doppler Flowmetry. Braz Dent J 2006, 17, 3: 219-222. 10. Geylikman Y B, Artun J, Leroux B G, Bloomquist D, Baab D A, Ramsay D S: Effect of Le Fort osteotomy on human gingival and pulpal circulation. Int J Oral Maxillofac Surg 1995, 24: 255-260. 11. Gleissner C, Kempski O, Peylo S, Glatzel J H, Willershausen B: Local gingival blood flow at healthy and inflamed sites measured by laser Doppler flowmetry. J Periodontol 2006, 77, 10: 1762-1771. 12. Heckman S M, Heckman J G, Hilz M J, Popp 59
M. Chomyszyn-Gajewska, I. Olszewska-Czyż Czas. Stomatol., M, Marthol H, Neundorfer B, Hummel T: Oral mucosal blood flow in patients with burning mouth syndrome. Pain 2001, 90: 281-286. 13. Hellner D. Schmeize R: Doppler monitoring of free microvascular flaps in maxillofacial surgery. J Craniomaxillofac 1993, 21, 25-29. 14. Hinrichs J E, LaBelle L L, Aeppli D: An evaluation of laser Doppler readings obtained from human gingival sulci. J Periodontol 1995, 66, 3: 176-186. 15. Hoke J A, Burkes E J, White JT, Duffy M B, Klitzman B: Blood flow mapping of oral tissues by Laser Doppler Flowmetery. Int J Oral Maxillofac Surg 1994, 23, 5: 312-315. 16. Kerdvongbundit V, Vongsavan N, Soo-ampon S, Phankosol P, Hasegawa A: Microcirculation of the healthy human gingiva. Odontology 2002, 90, 1: 48-51. 17. Kerdvongbundit V, Sirirat M, Sirikulsathean A, Kasetsuwan A: Blood flow and human periodontal status. Odontology 2002, 90; 52-56. 18. Kerdvongbundit V, Vongsavan N, Soo-ampon S, Hasegawa A: Microcirculation and micromorphology of healthy and inflamed gingivae. Odontology 2003, 91: 19-25. 19. Ketabi M, Hirsch R S: The effects of local anesthetic containing adrenaline and gingival blood flow in smokers and non-smokers. J Clin Periodontol 1997, 24, 12: 888-892. 20. Matheny J L, Abrams H, Johnson D, Roth G I: Microcirculary dynamics in experimental human gingivitis. J Clin Periodontol 1993, 20, 8: 578-583. 21. Matheny J L, Johnson D T, Roth G I: Aging and microcirculatory changes in human gingiva. J Periodontol 1993, 20, 8: 471-475. 22. Matsuki M, Xu YB, Nagasawa T: Gingival blood flow measurment with a non-contact laser flowmeter. J Oral Rehabil 2001, 28, 7: 630-633. 23. Morozumi T, Kubota T, Sato T, Okuda K, Yoshie H: Smoking cessation increases gingival blood flow and gingival crevicular fluid. J Clin Periodontol 2004, 31, 4: 267-262. 24. Nuki K, Hock J: The organisation of the gingival vasculature. J Periodont Res 1974, 9, 5: 305-313. 25. Patinno-Marin N, Martinez F, Loyola- Rodrigez J P, Tenorio-Govea E, Brito-Orta M D, Rodrigez-Martinez M: A novel procedure for evaluating gingival perfusion status using laser-doppler flowmetry. J Clin Periodontol 2005, 32, 3: 231-237. 26. Perry D A, McDowell J, Goodis H E: Gingival microcirculation response to tooth brushing measured by laser Doppler flowmetry. J Periodontol 1997, 68, 10: 990-995. 27. Reeves W G: Restorative margin placement and periodontal health. J Prosthet Dent 1991, 66, 6: 733-736. 28. Retzepi M, Tonetti M, Donos N: Gingival blood flow changes following periodontal access flap surgery using laser Doppler flowmetry. J Clin Periodontol 2007, 34, 5: 437-443. 29. Vág J, Fazekas A: Influence of restorative manipulations on the blood perfusion of human marginal gingiva as measured by laser Doopler flowmetry. J Oral Rehabil 2002, 29, 1: 52-57. Otrzymano: dnia 14.I.2008 r. Adres autorek: 31-155 Kraków, ul. Montelupich 4 Tel/Fax: 012 4245420 e-mail: mdgajews@cyf-kr.edu.pl 60