牙菌斑

牙菌斑 (dental plaque)
一、牙菌斑的定义（掌握）二、牙菌斑的分类（了解）三、牙菌斑的基本结构（掌握）
四、牙菌斑的组成（了解）五、牙菌斑的形成和发育（掌握六、牙菌斑的物质代谢（了解）
七、牙菌斑的致病性（了解）
一、定义
● 20世纪60年代——存在于牙面或牙周袋内的一个细菌生态环境，细菌在其中生长、发育和衰亡，并进行着复杂的物质代谢活动，在一定条件下，细菌及其产物将会对牙齿和牙周组织产生破坏
生物膜（biofilm）
●指附着于有生命或无生命物体表面被细菌胞外大分子包裹的有组织的细菌群体。

生物膜是细菌在物体表面形成的高度组织化的多细胞结构，同一菌株的生物膜细菌和浮游生长细菌具有不同的特性。

牙菌斑与生物膜
牙菌斑即是牙面上的生物膜，它能够容纳多种多样菌丛生存，其成层的结构和穿通其间的水道和气道，使它能包涵对氧不同敏感性的细菌，这些细菌嵌入在由多糖、蛋白质和矿物质组成的基质中，构成了复杂的生态系，细菌在其中的代谢活动，影响着细菌与宿主之间或细菌菌属之间的动态平衡。

生物膜的作用
＊节制细菌代谢活性和保护菌丛抵抗口腔苛刻环境，使细菌在不适合的条件中仍能存留。

＊膜内的多聚物基质起约束网络作用，摄取和收藏食物，控制基质成分的移动速度。

＊膜内高水平的巯基能中和氧基，保护菌细胞免受氧化损伤。

＊浓缩从环境中来的营养物质和其它元素，保留一些遗漏出来的溶解物质。

二、分类
（一）根据牙菌斑所在部位
1．龈上菌斑（supragingival plaque）
位于牙颈部龈缘以上牙面上的菌斑。

包括窝沟菌斑、光滑面菌斑、邻面菌斑、颈缘菌斑。

这种菌斑的结构比较完整，主要细菌是革兰阳性球菌、杆菌。

随着菌斑成熟，革兰阴性球菌、杆菌和丝状菌的数量将增多。

2．龈下菌斑(subgingival plaque)
位于龈缘以下，分布在龈沟或牙周袋内，分为附着龈下菌斑和非附着龈下菌斑。

＊附着龈下菌斑（attached subgingival plaque）
由龈上菌斑延伸到牙周袋内，附着于牙根面，其结构、成分与龈上菌斑相似，细菌种类增多，主要为格兰阳性球菌及杆菌、丝状菌，还可见少量格兰阴性短杆菌和螺旋体。

＊非附着龈下菌斑（unattached subgingival plaque）
位于附着龈下菌斑的表面，为结构较松散的菌群，直接与龈沟上皮和袋内上皮接触，主要为格兰阴性厌氧菌，还包括许多能动菌和螺旋体。

龈上龈下菌斑的主要特征。

特征\菌斑龈上菌斑龈下菌斑
生长环境有氧、兼性厌氧兼性、专性厌氧
优势菌 G+需氧菌和兼性菌 G-厌氧菌和能动菌
唾液清洁 + -
食物摩擦 + -
代谢底物糖类血清蛋白、氨基酸、糖
宿主防卫机制唾液Ig 血清Ig
（二）致病作用
1. 致龋菌斑
与龋病发生有关的牙菌斑，多位于牙齿的咬合面、光滑面、邻面和颈缘。

主要的致病产物是有机酸。

致龋性菌斑的主要生物学特征:
（1）利用蔗糖的速度快，乳酸产生速度快；
（2）产生多糖的速度快，接触蔗糖15分钟内20%以上转化为细胞内多糖；
（3）变链球菌的数量多，而非致龋性菌斑中血链球菌的数量多；
（4）合成葡聚糖酶的细菌及韦荣菌的数量少。

三、基本结构
（一）基底层
牙菌斑紧靠牙面的一层无细胞、无细菌的均质性结构，HE染色呈红色，厚度一般在1-10um。

（二）中间层
牙菌斑的主体部分，由粘附在获得性膜上的丝状菌彼此平行排列，且与牙面垂直构成，丝状菌之间有大量球菌、杆菌分布或互相粘附。

有时平行排列的丝状菌迫使球菌排成链状，好似栅栏，称为栅栏状结构(palisade structure)。

栅栏状结构是牙菌斑的基本结构，也为牙菌斑深层的细菌获得营养和氧气提供通道。

（三）表层
菌斑的表层结构比较疏松，细菌组成复杂，变动较大，球菌和丝状菌互相交织，短杆菌穿插其间。

“谷穗状”结构(corncob)，以丝状菌为中心，周围有许多革兰氏阳性球菌粘附在其表面。

以“谷穗”为中心，周围有长杆菌粘附的“瓶刷样”结构(bristle brush)。

四、组成
（一）微生物组成的特点
1. 细菌的种类繁多。

2. 微生物种类差异较大，组成呈动态变化。

3. 致病性菌斑与非致病性菌斑的细菌种类差异不大。

致龋性与非致龋性菌斑的细菌构成
致龋性菌斑细菌数量非致龋性菌斑
变链球菌多粘性放线菌
血链球菌血链球菌
粘性放线菌变链球菌
乳酸杆菌少乳酸杆菌
致牙周病菌斑与非致牙周病菌斑的细菌构成
致牙周病菌斑非致牙周病菌斑
球菌少多
可动菌多少
螺旋体多少
（二）化学组成
1. 水
占菌斑体积的30%-50%，重量的80%，其中50%在菌细胞内，30%在菌斑基质中。

基质中的水大约25%呈游离状态，剩余部分与蛋白质结合呈结合态。

2.蛋白质和氨基酸
蛋白质占牙菌斑千重40%-50%，主要来自宿主唾液和龈沟液，少量来自细菌。

细菌蛋白则包括细菌本身以及细菌产生的酶，以及免疫球蛋白和少量的氨基酸。

3. 糖
占牙菌斑千重的13%-18%，来源于食物和细菌，包括低分子可溶性糖，如单糖、双糖、低聚糖和多糖。

细胞内多糖（intracellular polysaccharides）
存在于细菌体内，作为一种储能形式，当外源性糖提供不足时，为菌斑细菌的新陈代谢提供能源。

主要为糖原和支链淀粉。

细胞外多糖（extracellular polysaccharides）
存在于细菌体外，主要有葡聚糖、果聚糖和少量的杂聚糖。

细胞外多糖分为水溶性和水不容性两种。

4.脂质
占菌斑千重10%-14%，多位于菌斑基质中，主要有磷脂、糖脂和中性脂。

菌斑中的脂质对菌斑的矿化和细菌对牙面的粘附有一定影响。

5. 无机物
占菌斑干重的5%-10%，主要有钙、磷、镁、钠、钾及少量的铜、铁等。

无机物一部分位于菌细胞内，另一部分分布于菌斑液中。

菌斑具有集中钙、磷、氟的能力，菌斑中钙、磷、氟含量明显高于唾液。

五、形成和发育
（一）获得性膜的形成
唾液糖蛋白选择性吸附在牙齿表面所形成。

1. 形成机制
2. 组成
糖蛋白、酸性富脯蛋白、富酪蛋白、白蛋白、氨基酸、脂类物质、碳水化合物、一些酶和免疫球蛋白等。

3. 生物学作用
（1）确定首先定植在牙面的细菌种类（2）细菌代谢的营养来源
（3）保护釉质表面（4）牙面上的离子保护库
（二）细菌的粘附和集聚
1. 细菌的粘附：细菌在牙面上的附着
（1）钙桥作用（2）氢键作用（3）疏水作用（4）受体粘结素作用
Adhesin and Receptor
粘结素：细菌表面的蛋白样成分，以立体化学的特异方式结合到组织表面的受体上
受体：组织表面与粘结素结合的物质
2. 集聚（aggregation）
一种细菌粘附于另一种细菌的表面称之为集聚。

（1）细菌间通过自身合成的细胞外聚合物而相互粘附。

（2）不同种细菌直接粘附在一起。

（3）细菌与宿主的聚合物相互作用，使细菌容易聚集在菌斑中。

（三）牙菌斑的成熟
1.牙菌斑的生长周期
2.成熟牙菌斑的形态结构特征
六、物质代谢
（一）糖代谢
1. 分解代谢产生多种有机酸，如乳酸、甲酸、乙酸、丙酸、丁酸和戊酸。

2. 合成代谢（1）细胞内多糖：糖原、支链淀粉（2）细胞外多糖：
（二）硷性物质代谢
当牙菌斑处于饥饿状态时，菌斑内尿素酶能够将唾液中尿素分解为氨，二氧化碳，使牙菌斑pH上升。

同时，菌斑中细菌可以利用氨基酸，使菌斑pH下降/上升。

（三）无机物代谢
在酸性环境中，磷酸盐会变为易溶解的相，钙释放到基质中。

当菌斑pH下降到临界时(低于pH5.5)，羟磷灰石就会转化为钙/磷比值低的盐：
Ca10(PO4)3(OH)2+8H+→6CaHPO4+2H2o+4Ca2+
在酸性条件下，磷酸氢钙(CaHPO4)进一步分解：CaHPO4+H+→Ca2++H2P4O—
当牙菌斑pH上升，这时牙菌斑的钙/磷比值又将增高。

10CaHPO4+8OH-→Ca10(PO4)3(OH)2+4HPO42-+6H2O
七、致病性
牙菌斑是造成人类两大口腔疾病------龋病、牙周病的始动因子。

（一）牙菌斑与龋病
1. 龋病是发生于牙齿硬组织的慢性细菌性疾病，表现为牙体硬组织色、形、质的改变。

2. 致病性（1）产酸性（2）产细胞内外多糖的能力
细胞内外多糖的种类和作用
1.种类:葡聚糖、果聚糖和少量的杂聚糖以及糖原和支链淀粉
2.作用:
①作为菌细胞壁成分或位于胞内。

②作为菌斑基质的主要成分，构成菌斑的基本骨架。

③作为细菌代谢所需的能源。

④促进细菌对牙面的粘附和细菌间的聚集。

（二）牙菌斑与牙周病
牙周病是发生在牙的支持组织的疾病，主要临床症状是牙龈出血、溢脓、牙齿松动、牙槽骨吸收以及牙周袋形成，该病是造成成年人失牙的主要原因之一。

1.牙菌斑代谢产物的直接破坏作用（1）酶（2）毒素（3）其他产物
2.牙菌斑引起的免疫病理损害
免疫反应的类型是以细胞免疫为主，体液免疫参与，补体系统加入反应两个方面，在牙周炎症的不同阶段，各有特点。

龋病微生物学
1.细菌与龋病发生的关系。

2.致龋菌的生物学特性。

3.为什么说变形链球菌是主要致龋菌？
龋病的定义
龋病是发生在牙齿硬组织上的慢性细菌性渐进性疾病，造成牙齿硬组织的颜色、形态、质地的改变。

口腔内微生物的种类和数目繁多，包括细菌、真菌、支原体和病毒等。

龈上菌斑与龋病的发生密切相关。

一、细菌与龋病
（一）细菌在龋病发生中作用的证据
1.两个经典实验
（1）Orland的无菌鼠实验（1955）
无菌鼠+细菌龋病
无菌鼠+高糖饮食无龋
该实验平息了细菌在龋病发生中作用的争论。

（2） Miller的体外实验（1890）
牙齿+面包（糖）+ 唾液龋
牙齿+面包（糖）+ 煮沸唾液无龋
牙齿+脂肪（肉）+ 唾液无龋
细菌酵解碳水化合物是龋病产生的根本原因。

2. 其它实验
（1）牙齿在萌出前不发生龋。

（2）抗生素可降低龋病的发生并减轻其严重程度。

（3）龋损牙本质和釉质中可找到细菌。

（4）体外的人工龋实验。

无菌即无龋
（二）非特异性细菌感染假说
化学细菌学说----引起龋病的细菌是非特异的，任何产酸和分解蛋白质的细菌都可导致龋坏。

（1890，Miller）
问题：1.动物龋实验表明存在特异致病菌
2.人工龋实验表明龋病发生仅同某些细菌有关
（三）特异性细菌感染假说
1.动物诱龋实验中细菌的特异性
（1）实验性龋动物模型的建立
日常动物（conventional animals）/无特殊病原菌动物（specific pathogen free animals, SPF）；定菌动物（gnotobiotic animals）
选择动物：鼠（rat）和仓鼠（hamster）
（2）致龋动物实验（ Keyes，1960）
* 无菌（龋）仓鼠+ 龋活跃仓鼠
无龋鼠患龋
* 链球菌的分离、接种、再分离
说明：龋病的可传播性
致龋菌的特异性
（3）动物细菌诱龋实验表明
* 不同细菌具有不同的致龋力
* 引起不同部位龋的细菌种类不同
* 所有能致龋的细菌均能产酸, 但并非
所有产酸菌都能致龋。

2.人类致龋菌的特异性
（1）人龋的发生与变形链球菌族密切相
关，变形链球菌是人类主要致龋菌。

流行病学调查
（2）致龋菌不是单一的一种细菌，而是多
种产酸和耐酸的细菌。

龋损中分离：变链球菌;放线菌;乳杆菌等
动物和人龋的研究表明:
致龋菌的特异性，一些细菌能引起龋，而另一些细菌不致龋。

一些细菌能引起光滑面龋和点隙裂沟龋，而另一些细菌能引起根面龋或沟裂龋，即不同的细菌具阿有不同的致龋能力。

（四） Ecological plaque hypothesis（90年代）
与龋病发生有关的细菌都是口腔正常微生物群，在生理状态下，细菌之间、细菌与宿主之间处于动态平衡，不发生疾病；由于局部的、全身的、食物的因素改变，造成口腔生态环境的变化，正常细菌与宿主之间的生理性组合改变为病理性组合，口腔生态平衡转化为生态失调，正常细菌成为条件致病菌，引起龋病。

二、致龋菌的生物学特性
（一）产酸和耐酸性
1.产酸性：细菌产酸的能力，是衡量细
菌致龋的重要指标。

2.耐酸性：细菌在酸性环境中生长繁
殖和代谢的能力。

（二）合成细胞内外多糖的能力
1.促进菌斑的形成并参与菌斑基质的构成。

2.生物屏障作用。

3.储存能量。

（三）对牙面的粘附能力
1. 细菌对牙面的初始粘附。

2. 细菌对牙面的特异性粘附。

3. 细菌的集聚。

三、致龋菌的判断标准
1.符合致龋菌应具备的生物学特性。

2.在龋损的各个时期都可分离并可纯培养。

3.细菌量与龋病的发生密切相关。

4.能引起实验动物的传染性龋损。

5.选择性限制该菌可以减少龋病的发生。

四、口腔链球菌与龋病
对口腔细菌的认识包括:
名称，
形态，
染色性，
生长条件，
生化特性。

（一）口腔链球菌(属)的一般特性
链球菌属(Streptococcus),口腔常驻菌，在口腔天然菌群中比例最大。

血链球菌(S.sanguis) 轻链球菌(S.mitis)
米勒链球菌(leri) 唾液链球菌(S.salivarius)
变形链球菌(S.mutans)
（二）变链球菌(族)与龋病
1.表型特征
G+染色，菌体呈球形，直径0.5-0.75um。

肉汤培养基：菌细胞呈短杆状或球状，
成队或链状排列，链长中等，或短，不活动。

轻唾琼脂平板(MS)：菌落形态高凸，粗糙，
不透明，毛玻璃状，嵌于琼脂内。

血琼脂平板：菌落呈圆形，表面光滑，直径 0.5-
1mm,周围有α(绿色)或γ(无色)溶
血环，有时为β(透明)溶血环。

2.生长条件
兼性厌氧菌（5%CO2，95%N2 )
pH7，最低pH4.3，4.5%NaCl，不
受杆菌肽抑制。

3.细胞壁组成
（1）多糖菌株抗原性血清型
（2）肽聚糖：N-乙酰葡萄糖胺、N-乙酰
胞壁酸、短肽
（3）甘油磷壁酸：壁磷壁酸、膜磷壁酸
（4）表面蛋白：GTF、FTF、P1
决定变链菌的抗原性和在牙面的粘附
4.变链球菌族
变链球菌是一族(组)异源性细菌，其表型
特征相同，但遗传型和血清型不同。

血清型：八种(a-h)
遗传型：五种
5. 变形链球菌的致龋性
（1）产酸性和耐酸性
（2）合成细胞内外多糖
（3）对牙面的粘附性
变形链球菌主要粘结素和受体
粘结素
P1样蛋白、GTF
117KD非含糖蛋白
受体
IgA降解片段
唾液淀粉酶胶原
6. 变链球菌与龋病的关系
（1）横向的流行病学调查表明：
变链球菌的检出率同龋病的发生呈正相关。

（2）纵向的追踪调查表明：唾液或菌斑中变链
球菌的检出率与随后龋病的发生呈正相关。

结论：变链是主要的致龋菌，但不是唯一
的致龋菌。

问题：其他细菌仍可诱发动物龋，变链
和龋活跃性的关系不是恒定的。

五、口腔乳杆菌与龋病
（一）形态学
占口腔细菌的1%。

革兰阳性杆菌，属兼性厌氧或专性厌氧菌，菌体细长，直径0.6-0.9µm，不分支，无芽胞，不活动。

在陈旧性培养基中生长，可变为革兰阴性。

其菌落呈圆丘形，表面光滑或粗糙，不透明，干酪样白色或淡褐色。

（二）分类
纯发酵乳杆菌：嗜酸乳杆菌、唾液乳杆菌
兼性发酵乳杆菌：干酪乳杆菌、胚芽乳杆菌
杂发酵乳杆菌：发酵乳杆菌、短乳杆菌
（三）培养
耐酸性强，能耐受使其它无芽胞细胞死亡的酸度。

该菌的选择性培养基—Rogosa培养基即是根据其特有强酸耐性配制的。

此培养基的pH为4.7-4.8，在此pH条件下，只有乳杆菌能生长。

（四）生化反应
多数乳杆菌无蛋白分解作用，不产生吲哚，不还原硝酸盐，触酶阴性。

能发酵多种糖，产酸能力强，能使菌斑pH降低至5以下。

对糖的发酵反应视菌型而异，纯发酵型只产生乳酸；异发酵型除产生乳酸外，还产生其它的酸和乙醇、CO2等。

另外，干酪乳杆菌和嗜酸乳杆菌合成细胞外多糖，而且干酪乳杆菌还可以合成细胞内多糖。

（五）口腔乳杆菌的致病性
1.早期研究认为乳杆菌是主要的致龋菌。

2.目前的研究表明乳杆菌不是龋病发生的初始致病菌,但参与了龋病的发展,主要涉及牙本质龋。

3.乳杆菌是导致根面龋的致龋菌之一。

六、口腔放线菌与龋病Actinomyces
（一）形态及培养
口腔中最常见的革兰阳性丝状菌，兼性厌氧，主要定居在牙面。

无鞭毛和芽胞，菌细胞末端较膨大，形态不规则，为丝状或杆状，长短不一。

BHI培养基上，形成蜘蛛网和光滑型菌落。

透射电镜下观察，放线菌有菌毛(pilli或fimbria)，各放线菌的菌毛成分不一样，粘性放线菌有I型和II型两种类型的菌毛，而内氏放线菌只有II型菌毛。

菌毛与放线菌的粘附性能密切相关。

（二）分类
口腔放线菌细胞壁主要由肽聚糖和各种糖类
组成，其抗原物质主要来自细胞壁成分。

粘性放线菌(A.viscosus) 兼性
内氏放线菌(A.naeslundii) 兼性
溶牙放线菌(A.odontolyticus) 厌氧
衣氏放线菌(A.israelii) 厌氧
梅氏放线菌(A.meyeri) 厌氧
（三）对牙面的粘附
粘性放线菌、衣氏放线菌、溶牙放线
菌对牙面有很高的亲和力。

其粘附机制同细胞表面的菌毛有关。

粘结素受体
菌毛Ⅰ、菌毛Ⅱ APRP、富酪蛋白
PRPG、SIgA
PRPG、胶原
（四）口腔放线菌与龋病的关系
* 可利用葡萄糖、乳糖、麦芽糖和蔗糖
产酸，其终产物为乙酸、乳糖、甲酸、
琥珀酸、乙醇等。

* 能合成细胞内和细胞外多糖。

* 对牙面（根面）有较强的粘附力。

* 在根面龋发生中的作用值得关注。