邻苯二甲酰亚胺过氧己酸（PAP）对比过氧化物及其对牙齿漂白后牙釉质影响的一项体外研究

《Journal of Functional Biomaterials》：Phthalimidoperoxycaproic Acid (PAP) Versus Peroxides and Impact on Dental Enamel After Whitening Treatment: An In Vitro Study Carmen Llena, Lorena Saenz, James Ghilotti, Sofia Folguera and Maria Melo

本综述通过一项体外研究，系统比较了新型非过氧化物漂白剂PAP与传统高浓度过氧化物（37.5% HP与35% CP）的漂白效能及其对牙釉质的影响。研究发现，PAP在ΔWID指数上展现出“优异”的漂白效果，同时对牙釉质表面形貌和显微硬度的负面影响最小，表明其作为一种高效且对牙釉质损伤更小的漂白替代方案的巨大潜力。

　　

摘要

在追求更佳牙齿美学的需求日益增长的背景下，邻苯二甲酰亚胺过氧己酸（Phthalimidoperoxycaproic acid, PAP）作为一种新兴的非过氧化物漂白剂，显示出替代过氧化氢（Hydrogen peroxide, HP）的潜力，它在提供相似漂白效能的同时，有望对牙釉质造成更小的损伤。这项体外研究的目的正是为了评估和比较37.5% HP、35% CP以及PAP对牙齿颜色、牙釉质表面显微硬度及形态完整性的影响。研究共使用了57颗离体人上颌切牙，随机分为三组。每组有13颗牙齿用于颜色评估，4颗用于显微硬度测试，1颗用于表面形貌分析。各组均根据制造商说明接受了三次漂白处理（每次处理包含三次应用）。使用分光光度计在每次处理前及一周后评估牙齿颜色。结果显示，L*（明度）值分别增加了7.19单位（HP组）、7.11单位（PAP组）和4.43单位（CP组）。ΔWI_D（牙科白度指数差值）分别为4.48（HP）、4.16（CP）和8.82（PAP）。使用ΔE₀₀指数评估时，所有漂白剂均达到了“优异”的漂白效果；但只有PAP在ΔWI_D指数评估下，在研究的最后阶段也达到了“优异”等级。与未处理的对照组相比，PAP导致的牙釉质表面形貌变化更小，对显微硬度的降低程度也弱于其他两种漂白剂。因此，PAP作为一种有效的牙齿漂白替代方案崭露头角，能在显著改善牙齿颜色的同时，最大程度地减少对牙釉质结构的改变。

1. 引言

牙齿漂白是一项旨在通过恢复天然牙色或获得更浅色泽来提升牙齿美学效果的美容治疗。在现代牙科中，由于牙齿颜色是影响个人外貌和自信心的首要因素之一，对此类治疗的需求呈指数级增长。牙齿美白和漂白剂根据其化学成分和作用机制主要分为三类：第一类是氧化剂，主要是过氧化氢和过氧化脲，它们是作用最强的化合物，构成了专业治疗的核心；第二类是摩擦和侵蚀剂，如二氧化硅（摩擦剂）或弱酸（侵蚀剂），通过机械作用去除外源性着色；第三类是掩蔽物质，包括蓝色共轭聚合物和二氧化钛，通过改变牙齿表面的光反射来产生即时但暂时的视觉效果。

区分“美白”和“漂白”很重要。“美白”指的是去除表面碎屑和外源性着色，而“漂白”则涉及通过氧化作用对内源性色素进行化学降解。氧化剂的作用机理在于释放活性氧。这些分子含有未成对电子，因而具有高度不稳定性和反应活性。为了达到稳定状态，ROS会攻击牙体组织内的长链有机发色团。通过氧化还原反应，这些漂白剂将发色团的共轭双键打断，形成更小、更简单、色素更少的分子。这些更小的分子吸收较少光线并反射更多光线，从而在临床上呈现出更白的外观。

当前证据支持各种浓度和方案的过氧化物产品均具有疗效。最近的研究表明，单次高浓度应用与每次治疗进行多次应用同样有效，同时对牙髓可能具有更佳的安全性。此外，一篇伞状综述的结论是，高浓度诊室治疗与低浓度监控下的家庭治疗在长期颜色变化方面无显著差异。两种方式都存在导致短暂牙本质敏感的风险。值得注意的是，光激活的使用对长期美白效果无显著影响。

近年来，邻苯二甲酰亚胺过氧己酸（PAP）作为一种有前景的漂白剂出现。与过氧化物不同，PAP的作用机制涉及对发色团内共轭双键的环氧化反应。该通路的临床意义深远。PAP在其活化过程中不产生自由基。大量文献已将传统氧化剂释放的自由基与不良反应联系起来，包括急性牙本质敏感、牙龈刺激以及对牙釉质有机和无机基质的破坏性改变。通过避免自由基形成，PAP可能为患者提供更安全的特性。

任何漂白方案验证的关键组成部分在于评估其对牙釉质结构的影响。过氧化物治疗，尤其是在35%或更高浓度下，已被证实会改变牙釉质的化学成分和微观结构。为了量化美白产品对牙釉质完整性的影响，研究人员通常采用多分析方法：表面显微硬度用于检测牙釉质基质的临床软化，该过程与羟基磷灰石基质的化学变化密切相关。扫描电子显微镜（SEM）则允许观察由此产生的形态学改变，例如孔隙率增加或侵蚀。尽管存在这些体外可观察的变化，但一些证据表明，唾液的再矿化能力可能会减轻其临床影响，唾液可促进矿物质重新沉积到多孔的牙釉质基质中。

关于PAP临床表现的科学证据仍然有限。迄今为止，只有两项体外研究直接比较了PAP与6% HP。这些调查得出的结论是，PAP在实现更优颜色改善的同时，对牙釉质造成的结构损伤显著更小。在临床层面，一项使用基于PAP的凝胶的研究表明，与安慰剂相比，单次20分钟应用后具有显著的美白效果。然而，一个重要的研究空白仍然存在：目前没有研究将PAP的疗效和安全性与此类专业诊室治疗的“金标准”——高浓度过氧化物进行比较。鉴于关于PAP效果及其比较性能的数据匮乏，这项体外研究旨在评估使用37.5% HP、35% CP和基于PAP的产品对牙齿颜色、牙釉质显微硬度和表面形态的改变。我们的工作假设是，虽然所有三种漂白剂都会产生显著的颜色变化，但基于PAP的产品对牙釉质的结构改变最小，为高浓度过氧化物提供了一种生物相容性更佳的替代方案。

2. 材料与方法

2.1. 样本量计算

基于预期的效应大小（颜色变化）为1.2 ΔE₀₀单位，统计效能为0.8，置信水平为95%，确定每组至少需要13个样本。每组额外增加了五个样本——四个用于显微硬度分析，一个用于通过扫描电子显微镜进行形态学评估。

2.2. 研究分组

研究纳入了54颗因牙周原因拔除、无裂纹、结构缺陷或龋损的人切牙。在40倍放大倍数下通过临床显微镜对潜在合格牙齿进行视觉检查。此外，使用VITA比色板在6500K环境光下确定初始颜色。颜色为A2或更深的牙齿被纳入研究。

样本在0.5%百里酚中浸泡一周，清除有机残留物，并储存在恒定温度25°C的磷酸盐缓冲盐水中直至研究开始。未对牙齿进行染色处理。

2.3. 漂白方案

每次美白治疗前，所有牙齿均使用洁治膏和刷子进行清洁。在研究的各个阶段之间，样本储存在PBS中。每组接受三次漂白治疗，每次治疗按制造商推荐的方案使用漂白剂三次。用于形态学和显微硬度研究的每组五个样本中，一半样本接受了相同的处理，而另一半则保持在PBS中作为对照组。

2.4. 颜色变化评估

在标准环境光下使用分光光度计进行颜色测量。使用定制的定位夹板以确保测量探头的可重复定位。在第一次治疗前和每次治疗后一周记录颜色参数（L, a和 b）。为了全面评估漂白效果，计算了三个不同的颜色指数：ΔE_ab、ΔE₀₀和ΔWI_D。ΔE_ab被包含在内以便与历史文献比较，它代表了三维空间中的总色差。然而，由于该指标缺乏感知均匀性，也采用了CIEDE2000公式（ΔE₀₀），该指标能更好地反映人眼对微小色差的感知。最后，选择牙科白度指数来量化漂白效果，因为它优先考虑高L值和低b*值，这在牙齿美学中至关重要。

2.5. 维氏显微硬度变化的评估

如前所述，每个实验组有四个样本用于显微硬度分析。使用配备维氏压头的显微硬度计，在300克载荷下保持10秒，在每个样本的处理和未处理两半上进行显微硬度测量。对于每个半样本，在预定义和标准化的位置进行三次压痕。计算三次压痕值的算术平均值，作为每个样本的代表性显微硬度值。

2.6. 扫描电镜评估形态学变化

为了评估牙釉质的形态学变化，使用了每组预留用于形态学研究的样本。通过乙醇浓度梯度系列对处理（实验）和未处理（对照）的两半进行脱水处理。随后，通过临界点干燥仪进行化学干燥，然后通过溅射镀膜仪镀上金钯合金。使用场发射扫描电子显微镜进行表面表征。在3000×, 5000×, 7000×和10,000×的放大倍数下拍摄显微照片。为确保客观性，由两位对实验分组不知情的独立检查员根据代表性图像描述主要的形态学特征。

2.7. 统计分析

对于颜色变化相关的变量分析，使用Shapiro-Wilk检验评估正态性，并使用Levene检验检查方差齐性。使用双向重复测量方差分析分析治疗组和随访时间的影响。在所有情况下，显著性水平设定为p < 0.05。将基线条件作为参考，并与三个随访时间点进行比较，使用方差分析比较颜色指数，显著性水平为p < 0.05。为了评估显微硬度的变化，使用配对t检验比较每个研究样本两半（处理/未处理）显微硬度的差异，显著性水平为p < 0.05。

3. 结果

3.1. 颜色分析

为评估随访时间、治疗组及其相互作用对颜色坐标的影响，进行了多元重复测量方差分析。Box’s M检验证实了所有颜色参数的协方差矩阵同质性，满足多元分析假设。

对于明度（L），治疗时间效应具有统计学显著性，表明无论何种治疗，明度均随时间增加。治疗组效应接近统计学显著性。时间和组间的交互作用不显著。Bonferroni校正后的事后比较显示，PAP组从基线到第1周、第2周和第3周，L值均显著增加。此外，在第2周，PAP组显示出比HP组显著更高的L*值。

关于a坐标和b坐标，未观察到治疗时间、治疗组或其交互作用的显著效应，均与较小的效应量相关。总体而言，颜色变化主要由随时间推移的明度增加驱动，尤其是在PAP处理组中，而色度分量（a和b）保持稳定。一些交互效应的低统计效能表明，不显著的发现应谨慎解释。

通过比较基线和每次治疗后的值计算颜色指数ΔE_ab、ΔE₀₀和ΔWI_D。如图4所示，基于ΔE_ab和ΔE₀₀指数，所有组在治疗结束时的漂白效果均在“非常好”到“优异”之间。随访期结束时使用ΔWI_D指数分析表明，HP为良好，CP为非常好，PAP为优异。

3.2. 维氏显微硬度变化

研究发现，使用所研究的三种漂白产品后，牙釉质的维氏显微硬度均显著降低。HP组的效果最明显，未处理和处理样品之间的绝对差异最大。CP组和PAP组也观察到显著的硬度降低。

3.3. 形态学变化（SEM）

扫描电镜揭示了未处理牙釉质表面与经不同漂白剂处理的牙釉质表面之间的明显差异。未处理的牙釉质表面始终光滑、均质，仅呈现天然牙釉质地形的微弱线性特征，无明显表面缺陷。相比之下，经HP处理的牙釉质显示出明显的表面改变，包括表面不规则性增加以及存在微孔和局部表面缺陷。类似地，CP处理的牙釉质表面形态更粗糙，线性不规则更明显，并存在局部微凹陷。PAP处理的牙釉质也表现出形态学变化，特征为表面粗糙度增加、线性沟槽加深以及离散的表面缺陷。

总体而言，与未处理的对照组相比，所有漂白处理都导致了牙釉质表面均一性下降，在表面质地和微观结构完整性方面存在可观察到的差异。HP处理的牙釉质观察到的表面改变最明显，其次是CP，而PAP处理的牙釉质则表现出相对轻微的形态学变化。

4. 讨论

4.1. 颜色分析

本研究旨在检验使用高浓度HP、CP和PAP的漂白产品会产生显著的颜色、微硬度和牙釉质形态变化，且与过氧化物相比，PAP造成结构改变更少的假设。基于本研究结果，该假设得到证实。

颜色变化使用分光光度计评估，采用CIELab颜色坐标。明度是所有研究组中变化最大的参数。所有颜色指数的最大值均在治疗期结束时于PAP组获得。仅在第三次治疗后，PAP组和CP组之间的ΔE_ab值存在统计学显著差异。在ΔE_ab和ΔE₀₀指数上，所有治疗组均超过了“优异效果”水平，而只有PAP组在ΔWI_D指数上也达到了“优异”评级。这可能表明WI_D指数在评估牙齿颜色变化方面更敏感，能更全面地评估颜色改变过程及其可接受性。

最相关的发现是时间因素对明度具有显著影响。PAP组从基线到第三周L*的逐步改善表明其作用持续且有效。有趣的是，虽然方差分析未显示各组间在明度上存在总体显著差异，但Bonferroni事后分析揭示，在第二周后，PAP组与HP组相比经历了显著的明度降低。这可能表明过氧化物和非过氧化物配方之间存在不同的光学行为或饱和点。

与明度相比，色度分量a和b没有显示出受时间或治疗类型影响的显著变化。这表明观察到的漂白效果主要归因于牙齿明度的增加，而不是特定色素饱和度的剧烈改变。这些交互作用的低统计效能进一步证实，与明度的变化相比，a和b的变化是微乎其微的。

既往研究发现PAP优于6% HP。本研究中，使用37.5% HP和35% CP，发现ΔWI_D差异分别为4.48和4.16，而PAP为8.82。因此，本研究证实了PAP在漂白效果上优于传统过氧化物。比较不同浓度的PAP和HP显示，5% PAP凝胶可提供与3% HP相当的ΔE_ab结果，12% PAP浓度与8% HP相当。本研究的ΔE_ab值低于前述作者报告的值，这可能归因于基质的差异以及测量方法的不同。使用35-38% HP和37-35% CP的临床研究，通过CIE2000分析发现的变化范围与本研究发现的范围相似。研究的一致性表明，无论漂白剂浓度的微小差异如何，高浓度产品所得结果是相似的。

4.2. 显微硬度分析

需要指出，此处呈现的显微硬度结果应视为初步结果。因为未专门针对评估实验组间维氏硬度差异进行正式的样本量计算。因此，本研究仅报告了每个研究组内的比较，并未提供三种处理之间的统计学比较。此外，分析仅使用了每组四个样本的有限样本量。虽然这些数据提供了有价值的初步见解，但小样本量以及缺乏组间分析限制了我们确定哪种漂白剂对牙釉质最安全的能力。因此，这些结果应谨慎解释，并作为未来研究的先导。

维氏显微硬度的评估是评估漂白剂安全性的关键参数，因为它反映了牙釉质潜在的矿物质流失或结构改变。在这项研究中，结果表明尽管所有组都观察到了显著的漂白效果，但显微硬度值并未显示出表明严重脱矿的剧烈波动。这种稳定性对于PAP组尤为重要，因为它表明其非过氧化物机制在有效提亮牙齿结构的同时，没有像高浓度过氧化物那样显著地损害牙釉质的无机基质。

本研究结果与既往发现一致，表明高浓度漂白凝胶可降低牙釉质显微硬度。具体而言，与CP相比，HP观察到的降低更明显，这一趋势也与之前的研究描述相符。尽管如此，本研究获得的数据表明，特定的漂白方案在应用时间和浓度方面保持了足够的平衡，以在所有实验组中维持牙釉质表面的结构完整性。

此外，其他研究表明，使用PAP后显微硬度增加，而使用不同浓度的HP后则降低。值得注意的是，这些作者使用的是非商业化的PAP配方。这可能是与我们结果差异的原因；如本研究使用的商业化产品，通常含有氢氧化钠以碱化配方。虽然氢氧化钠是一种用于稳定pH值的强碱性剂，但商业配方与实验配方在浓度和是否存在其他缓冲剂方面的差异，会显著影响牙釉质的最终表面形态和矿物密度。

4.3. 牙釉质形态学变化

尽管这些发现提供了有价值的见解，但由于样本量相对较小，应视为初步结果，这可能限制了扫描电镜数据的普适性。

扫描电镜分析表明，与未处理的对照组相比，所有漂白剂均引起了可检测到的牙釉质表面形态改变。在所评估的处理中，HP产生的表面变化最明显。这些差异可能与漂白剂不同的化学机制和氧化电位有关。HP由于其更高的反应活性，与牙釉质表面的相互作用更大，可能导致更明显的形态学改变。

CP分解为HP和尿素，两者可能共同影响牙釉质表面形态。HP的逐渐释放导致与牙釉质表面的氧化相互作用，而尿素进一步分解为氨，导致局部pH值升高。这种碱化效应可能部分抵消牙釉质脱矿，从而限制了表面改变的严重程度。因此，与HP相比，CP倾向于产生中等程度的形态学变化，这与本研究的扫描电镜观察结果一致。

相比之下，PAP是一种过酸，通过不同的氧化机制发挥其漂白作用，据报道在近中性pH下具有活性。这可能限制了矿物质的溶解并减少了表面损伤的程度。因此，本研究中PAP处理的牙釉质表现出相对温和的形态学变化，与HP和CP处理的牙釉质相比，表面连续性保存得更好。既往研究显示的变化比本研究发现的变化轻微，这可以证明是由于该研究未使用HP。

关于颜色变化的结果，在单次三个PAP应用后即获得优异的ΔWI_D值，加上三次治疗（每次三个应用）后牙釉质结构仅发生非常轻微的改变，表明PAP可能成为传统漂白剂的一种有前景的替代品。这些结果证实了我们的工作假设。

由于现有文献中科学证据有限，其长期疗效需要进一步研究。之前直接比较PAP与其他漂白系统的研究稀少，使得我们难以将本研究结果置于更广阔的背景下。未来研究应探索其色度稳定性、副作用以及最佳应用方案。此外，有必要进行临床研究，以确定这种新型漂白剂在临床条件下的表现。

4.4. 研究的局限性与未来展望

尽管本研究结果具有相关性，但必须承认本研究的几个局限性。实验设计的体外性质无法完全复制复杂的口腔环境，其中唾液、温度波动、饮食习惯和机械力等因素可能影响漂白效果和牙釉质反应。因此，将这些结果外推到临床情况时应谨慎。

有限的样本量，特别是显微硬度和扫描电镜分析的样本量，限制了研究的统计效能，并妨碍了强有力的组间比较。如前所述，显微硬度分析应被视为初步的，主要作为先导评估，而非对不同漂白剂牙釉质安全性的最终评估。

样本储存在PBS中，并未完全复制动态的口腔环境。缺乏唾液成分、再矿化潜力和pH值波动可能影响了所观察到的牙釉质表面和显微硬度变化的程度，可能导致高估了这些影响。尽管如此，使用PBS允许对漂白剂的直接影响进行标准化和受控的评估。建议未来的研究纳入人工唾液和/或pH循环模型以增强临床相关性。

此外，本研究侧重于短期颜色变化和即时的牙釉质改变。未评估长期结果，例如颜色随时间的稳定性、重复漂白周期的累积效应以及潜在的延迟性牙釉质变化。这些方面具有临床相关性，值得进一步研究。

因此，未来研究应包括具有适当效能计算的大样本量，以及评估美白效果持久性和对牙釉质完整性长期影响的纵向研究。纳入原位和临床试验对于确认基于PAP的漂白系统在真实口腔条件下的行为至关重要，包括其对牙齿敏感度、患者舒适度和整体治疗满意度的影响。此外，未来研究应探索不同PAP浓度、应用方案和配方，以及它们与再矿化剂的相互作用，以优化美学效果与生物安全性之间的平衡。

5. 结论

基于本研究结果，并考虑到体外研究的局限性，可以得出结论：虽然所有评估的漂白剂均有效，但根据ΔWI_D指数，PAP处理提供了更优异的漂白效果，在三周的随访结束时获得了“优异”评级，超越了HP和CP的结果。尽管显微硬度和形态学变化的结果应视为初步的，但所有使用的漂白产品均降低了牙釉质显微硬度，HP处理组观察到的降低最