龋病学讲稿温医《牙体牙髓病学》课件

龋病学讲稿
（一）
2007-2008学年第一学期口腔内科学教研室
潘乙怀
龋病学
第一章概述
第一节龋病的概念
一、龋病的定义和特征
龋病(dental caries,tooth decay)是在以细菌为主的多种因素影响下,牙体硬组织发生慢性
进行性破坏的一种疾病。

致龋的多种因素主要包括细菌和牙菌斑、食物以及牙所处的环境等。

就病因角度而言,龋病也可称为是牙体硬组织的感染性疾病。

龋病时牙体硬组织的病理改变涉及牙釉质、牙本质和牙骨质,基本变化是无机物脱矿和有机物分解。

龋病的临床特征是牙体硬组织在色、形、质各方面均发生变化。

初期时牙龋坏部位的
硬组织发生脱矿,微晶结构改变,牙透明度下降,致使牙釉质呈白垩色。

继之病变部位有色素沉着,局部可呈黄褐色或棕褐色。

随着无机成分脱矿、有机成分破坏分解的不断进行,牙釉质和牙本质疏松软化,最终发生牙体缺损,形成龋洞。

龋洞一旦形成,则缺乏自身修复能力。

龋病是人类的常见病、多发病之一,在各种疾病的发病率中,龋病位居前列。

但由于其病程进展缓慢,在一般情况下不危及患者生命,因此不易受到人们重视。

实际上龋病给人类造成的危害甚大,特别是病变向牙体深部发展后,可引起牙髓病、根尖周病、颌骨炎症等一系列并发症,以至严重影响全身健康。

随着牙体硬组织的不断破坏,可逐渐造成牙冠缺损,成为残根,终至牙丧失,破坏咀嚼器官的完整性。

这样不仅影响消化功能,而且在童年时期可影响牙颌系统的生长发育,使健康素质下降。

此外,龋病及其继发病作为一个病灶,引起远隔脏器疾病的案例也时有报告。

二、龋病的历史
有史以来,人类就开始与龋病进行斗争,时至今日,国际社会为征服这一疾病仍在耗费大
量人力、物力和财力。

龋病也是人类历史上一种极为古老的疾病。

据考古研究发现,目前可以整理出来的龋病流行病学资料,可以追溯至新石器时代,即公无前12 000～3 000年。

我国古代的医学,不仅对龋病早有认识,而且具有丰富的防治经验。

有关我国防治龋病历史进程中的重大事件,已在绪论中叙及,不再赘述。

在此仅举一例,如我国唐代《新修本草》一书中便有采用银膏补牙的记载,其配方与现代广泛使用的银汞合金非常相似,含有汞、银、铜、锡几种成分,这比西方采用银汞合金充填龋齿要早七八百年。

我国的这些医学遗产,是对人类的伟大贡献,在医学史上写下了光辉的篇章。

从文艺复兴时代起,欧洲的口腔医学,特别是关于龋病的研究有了较大发展。

19世纪
末,Miller在德国进行了一系列细菌学研究,提出了解释龋病病因的化学细菌学说,大大地推动了龋病的研究,指导了龋病临床实践工作,至今仍有重要意义。

美国的G.V.Black也就龋病病理及临床问题作了系列研究,他提出的窝洞分类标准,一直沿用至今。

20世纪60年代keyes提出的龋病三联因素概念,以及随后发展的四联因素学说,都丰富了化学细菌学说的内容。

随着免疫学、生物化学、分子生物学等学科的发展,对龋病的认识还在不断深化。

近20年来,在一些国
家开展了多途径、大规模的龋病防治工作,并已获得显著成效,在人类历史上首次出现了龋病下降趋势,这些成就增强了人类最终征服龋病的信心。

我国解放以来,龋病的研究及防治工作也取得了长足进步,目前已经有了较为完整的龋病流行病学资料,建立了一批防治网点和研究机构,防治龋病的材料和设备研究亦有进展。

尽管我国的龋病防治工作已取得显著成绩,但与先进国家相比仍有很大差距。

我国是龋员辽阔、人口众多的大国,寻找经济有效、简便易行的龋病控制方法,仍是一项极其艰巨而重要的使命。

三、龋病学的研究内容
由于龋病是一种多因素所致的疾病,因此龋病学研究的内容应该包括涉及龋病发生的多种因素。

这些因素包括细菌及其所处的微环境即牙菌斑;宿主的抵抗力,包括牙结构及其所处的环境,如唾液的影响等;细菌代谢的底物,主要是蔗糖的摄入量和频率。

随着生物化学、生理学、分子生物学研究邻域的进展,新的技术和手段不断引入龋病学的研究之中,如细菌的糖代谢,细菌附着的分子机制,细菌代谢产物对牙面的破坏作用;唾液生
化变化及其对牙面的影响;运用分子生物学理论和技术对致龋菌重组,改变其遗传性状;以免
疫学方法制备防龋疫苗等。

本教材除介绍龋病病因学、病理变化、龋病形成过程外,还将详细介绍龋病的治疗方法,这有别于西方国家的龋病学教材,他们将这些内容列入牙科手术学教材之一.
第二章病因及发病过程
第一节菌斑
牙萌出时牙面上有一些胚胎来源的有机物覆盖,但这些物质很快通过咀嚼活动被磨除掉。

牙萌出至口腔后,在很羟时间内又有一些有机物沉积于牙面,这些后天获得的沉积物含有各种底物,如有机酸、细菌、细胞毒性物质、水解酯等,这些物质可以导致龋病或牙周病。

涉及牙面有机物的命名甚多,各有其功能或影响,其中最具有临床意义的牙面沉积物是牙菌斑。

牙菌斑是牙面菌斑的总称,依其所在部位可分龈上菌斑和龈下菌斑。

龈上菌斑位于龈缘上方,在牙周组织相对正常的情况下,G+菌占61.5%。

龈下菌斑位于龈缘下方,以G-菌为主,占52.5%。

目前对龈上菌斑的结构和形成过程研究较为广泛,本书中提到牙菌斑时,一般是指龈
上菌斑。

龈下菌斑的特征在牙周病学中叙述。

龈上菌斑是未矿化的细菌性沉积物,牢固地粘附于牙面和修复体表面,由粘性基质和嵌入其中的细菌构成。

基质的主要成分是唾液糖蛋白和细菌的胞外聚合物。

除非通过口腔卫生措施将牙菌斑彻底清除,否则它将长期聚集于牙面并导致龋病和(或)牙周病。

实际上,牙菌斑可视为细菌的微生态环境,细菌在这种环境中生长、发育、繁殖和衰亡,并在其中进行复杂的代谢活动。

将菌斑直接涂片,细菌数可达2×1011/g,换句话说,菌斑中2/3的成分是细菌。

菌斑稠密微生物层的微生物形态学测定分析也得出同样的结论,7096的区域由微生物构成,细胞间
物质仅占30%。

因此也有学者形象地将牙菌斑描述为由千百万微生物肩并肩构成的细菌性
胺冻(bActⅡriAlAspic)。

用清水冲洗口腔、牙面,通过直接观察或染色剂染色后,在牙面容易观察到牙菌斑,为白色或暗白色的聚集物,厚度各异,这取决于牙菌斑部位、口腔卫生措施涉及的范围和频率。

由于解剖条件的限制,龈沟处菌斑较薄。

而龈上部位,若不加以控制,牙菌斑可达到一定厚度,类似于琼脂平皿上生长的菌落。

菌斑开始生长的部位常在牙面缺陷部位和不规则的表面,然后逐渐融合并沿龈缘生长,扩散率有显著的个体差异。

牙菌斑可在牙面形成一定轮廓和高度,甚至填充邻面间隙。

因咀嚼活动存在,使牙菌斑在牙合面生长高度受限,但对邻面或龈区牙菌斑无影响。

饮食类型,包括成分和粘稠度均能影响早期菌斑的聚集和厚度,频繁地摄入蔗糖而口腔卫生状况又欠佳者,牙面可能有大量菌斑形成。

牙菌斑结构有显著的部位差异,平滑面菌斑、窝沟菌斑的结构各具特征。

（一）平滑面菌斑
为了描述方便,通常入为地将平滑面菌斑分为3层,即菌斑.牙界面,中间层和菌斑表层。

1、菌斑-牙界面最常见的排列是细菌位于获得性膜上方。

获得性膜可以是完整的一层,并有相当厚度和连续性,细菌细胞呈扇贝状排列于获得性膜表面。

获得性膜也可为一菲薄不连续的电子稠密层,有些部位看不见获得性膜,微生物与釉质羟磷灰石晶体直接接触。

釉质表面呈扇贝状外观,表明细菌对釉质呈活动性侵犯状态。

2、中间层包括稠密微生物层(condensed microbial layer)和菌斑体部(body of the plaque)。

在界面外方有稠密的球菌样微生物覆盖,又称稠密微生物层,该层为3~20个细胞深度不等。

虽然有时可见一些细菌细胞壁较厚,表明这些微生物繁殖率很低,但活性分裂细胞多见。

有些微生物呈柱形外观,可能是由于侧向生长受限或营养供应不足,只能垂直生长所致。

稠密微生物层外方为菌斑体部,占菌斑的最大部分,由各种不同的微生物构成,通常呈丛状。

有时丝状微生物排列呈栅栏状,垂直于牙面。

3、菌斑表层菌斑表层较其他部分更为松散,细胞间间隙较宽,菌斑的表面微生物差异很大,可能是球菌状、杆菌状、玉米棒或麦穗样形式的微生物。

后者由丝状菌为主干,其外方绕以大量球菌。

对这种排列中的丝状菌已经进行了鉴定,包括有马氏丝杆菌(bactedonema matruehotii)或核粒梭杆菌(fusobacterium nucelea-tum),球菌中主要为血链球菌和轻链球菌。

“玉米棒"的形成也证实了活体内细菌相互附着的关系,链球菌通过极化的毛丛附着至马氏
丝杆菌。

牙菌斑中除了细胞成分外,还有细胞间基质。

基质可以呈颗粒状、球状或纤维状,由蛋白质和细胞外多糖构成,其中一些在细菌附着过程中具有重要作用。

在菌斑-牙界面,菌斑基质与获得性膜连续。

(二)窝沟菌斑
窝沟中的菌斑与平滑面菌斑显著不同,窝沟中滞留有微生物和食物分子,微生物类型更为有限。

在均质性基质中以G+球菌和羟杆菌为主,偶尔可见酵母菌。

缺少栅栏状排列的中间层,分枝丝状菌罕见,在一些区域仅见细胞躯壳,在细菌细胞内及其周围可能发生矿化。

菌斑由约80%水和2096固体物质构成。

固体物质包括碳水化合物、蛋白质、脂肪以及无机成分,如钙、磷和氟等。

蛋白质是其主要成分,它占菌斑干重的40%~50%,碳水化合物为13%~18%,脂肪为10%~14%。

菌斑抽提物中所含蛋白质的量相当于主要菌斑细菌混合物中蛋白质量的4倍。

据推测,多余蛋白质是菌斑基质中的唾液蛋白。

较高的脂肪含量来自菌斑中微需氧和厌氧微生物的成分,如韦永菌和梭状杆菌含有脂多糖和约占20%的脂肪。

菌斑碳水化合物和蛋白质含量有很大变化,这取决于个体饮食。

(一)碳水化合物
在菌斑的水溶性抽提物中,葡萄糖是主要的碳水化合物成分。

另外可检测出一定数量的阿拉伯糖(arabinose)、核糖(ribose)、半乳糖和岩藻糖(fucose)。

许多碳水化合物以胞外聚合物形式存在,如葡聚糖、果聚糖和杂多糖(heteropolysaccharides)。

所有这些多糖均由菌斑微生物合成。

葡聚糖包括水溶性葡聚糖(dextrans)和水不溶性葡聚糖(mutans),前者主要为α-1,6键,后者多数为α-1,3键,又称变聚糖。

菌斑中还包含有不同类型的果聚糖如(2,6键)的左聚糖(levan)和1,2键的右旋糖(fructan)。

葡聚糖和果聚糖均用作菌斑代谢的碳水化合物贮库,同时葡聚糖还具有促进细菌附着至牙面及细菌间选择性粘附的功能。

杂多糖由N-乙酸葡糖胺(62%)、半乳糖(7%)、葡萄糖(4%)和糖醛酸(uronic acid,3%)构成。

除胞外聚合物外,菌斑碳水化合物也以细菌细胞壁肽聚糖(peptidoglycans)和细胞内糖原形式存在。

在外源性可发酵碳水化合物缺乏时,微生物通过降解其胞内多糖产酸。

(二)蛋白质
菌斑中的蛋白质来源于细菌、唾液、龈沟液。

从菌斑中已鉴定出一些唾液蛋白质如淀粉酯、溶菌酯、IgM、IgA、IgG和清蛋白等。

IgG、IgA和IgM主要来源于龈沟液。

通过免疫荧光抗体技术或菌斑中的酯活性试验已对菌斑中的细菌蛋白质有所认识。

细菌酯包括葡糖基转移酯、葡聚糖水解酯(glucanhydrolase)、透明质酸酯(hyaluronidase)、磷酸酯(phosphatase)和蛋白酯。

菌斑中这些酯的意义尚不清楚。

抗体可能具有免疫功能,蛋白质有缓冲能力。

（三）无机成分
菌斑成分的含量取决于菌斑的部位和年龄。

菌斑中含有钙、磷酸盐和高浓度的氟。

菌斑中氟化物浓度为14~2Oppm(1ppm=1mg/L),大大高于唾液中浓度(0.01~0.05ppm)和饮水中浓度(0~1ppm)。

大多数氟化物与无机成分或细菌结合。

细菌发酵碳水化合物时,菌斑pH下降,释放出游离的氟离子,这将阻止pH进一步下降,促进形成氟磷灰石,有利于龋病停滞。

三、菌斑的形成和发育
在形态学和微生物学系列分析的基础上,对菌斑形成已有了充分认识。

可将菌斑形成过程区分为3个阶段:获得性膜形成和初期聚集;细菌迅速生长繁殖;菌斑成熟。

这些阶段具有连续性,在实际情况下很难截然分开。

牙菌斑形成的先驱是获得性膜形成,细菌粘附于获得性膜上形成牙菌斑。

(一)获得性膜
1.形成过程唾液蛋白或糖蛋白吸附至牙面所形成的生物膜(biofilm)称获得性膜(acquired pellicle)。

获得性膜的形成部位不仅仅限于牙,它也可在玻璃珠表面、各种修复材料以及义齿上形成。

清洁并抛光牙面后,20分钟内牙表面即可由无结构物质形成拱形团块,厚度为5~20um,这便是获得性膜。

有的报告指出这些早期沉积物中已经含有细菌。

但有些学者观察结果证实4小时后才开始有细菌吸附。

1小时后,拱形沉积物数量增加,并开始互相融合;24小时后,散在沉积物完全融合,牙面被这些不定形物质完全覆盖。

获得性膜厚度的个体差异很大,30~60um不等。

在羟磷灰石表面形成的获得性膜有3种形态,分别为球状、毛状和颗粒状。

然而羟磷灰石表面结构与釉质不尽相同,固体表面性质对蛋白吸附类型有重要影响,各种形态学类型与此有关。

牙面获得性膜可入为地分为两层:外层为表面膜,其下方为表面下膜。

表面下膜由树枝状突起构成,扩散至釉质晶体间隙,进入釉质深度为1~3um。

2.组成获得性膜由蛋白质、碳水化合物和脂肪组成。

获得性膜中蛋白质的总体特征是有高含量的甘氰酸、丝氰酸和谷氰酸,它们占氰基酸总量的42%。

其次为天冬氰酸、脯氰酸、丙氰酸、亮氰酸。

含硫氰基酸和芳香族氰基酸含量较低。

胞壁酸和二氰基庚二酸(diaminopimelic acid)含量更低,在新形成的获得性膜中无法检测。

迄今为止,从获得性膜中已鉴定出了10余种不同类型的蛋白质,其比例取决于受试者个体情况。

典型的唾液蛋白质如淀粉酯、溶菌酯和IgA,在获得性膜和牙菌斑中均能恒定地检出。

清蛋白、IgG和IgM在获得性膜中也能经常发现。

在离体试验中证实,形成2小时的获得性膜A具有淀粉酯和溶菌酯活性,但在活体中形成的获得性膜缺乏这种活性,推测是由于酯被迅速降解所致。

上述的化学分析结果提示获得性膜组成成分与全唾液或唾液糖蛋白具有相似性。

三者之间的相似性从某种程度上证实了获得性膜的来源是唾液蛋白质对牙选择性吸附的结果。

获得性膜的碳水化合物成分包括葡萄糖、半乳糖、葡糖胺、半乳糖胺、甘露糖和岩藻糖。

脂肪含量约为20%,其中主要是糖脂(13%),中性脂肪和磷脂共占5%。

3.功能获得性膜的功能包括修复或保护釉质表面;为釉质提供有选择的渗透性;影响特异性口腔微生物对牙面的附着;作为菌斑微生物的底物和营养等。

这些功能大多基于推测,但有一些也受到直接实验的支持。

研究表明,蛋白质吸附至牙表面后,能改变吸附部位的某些物理和化学性质,包括釉质溶解性、化学反应性和通透性。

离体
研究发现,覆盖有唾液的釉质通透性降低,对酸的敏感性也随之降低。

获得性膜的存在,影响微生物对釉质或修复材料的附着,在一些情况下附着增加,另一些情况下附着减少,这取决于微生物类型和表面的类型。

获得性膜通常被视为牙菌斑形成的初期阶段。

（二）细菌附着
牙面获得性膜形成后,很快便有细菌附着。

细菌附着至获得性膜的具体时间,各研究结果报告不一,由数分钟至数小时不等。

最初附着至牙面的细菌为球菌,其中主要是血链球菌。

不同的细菌以不同的速率吸附至获得性膜上。

细菌选择性吸附的部分原因是由于细菌表面成分中有与获得性膜互补的受体。

由于变形链球菌在龋病发病过程中的重要性,故对变形链球菌早期附着进行了大量研究。

目前已经清楚,虽然蔗糖可大大促进变形链球菌的聚集,但变形链球菌可以独立于蔗糖而附着。

据推测这可能是由于微生物表面成分与获得性膜中的血型反应性唾液糖蛋白的相互作用,或者是由于细菌细胞壁的脂磷壁酸、钙离子和酸性唾液蛋白的静电作用所致。

有证据表明,在独立于蔗糖的附着中,变形链球菌表面蛋白起到了关键作用。

事先用蛋白酯预处理的变形链球菌附着量大为减少。

变形链球菌的附着包括两个反应过程:初期时在细菌细胞壁蛋白与获得性膜的唾液糖蛋白之间产生微弱的吸附,此后是由葡聚糖同细胞表面受体以配位体形式结合。

口腔链球菌的选择性附着开始是非特异性、低亲和力、非常迅速的结合反应,继之才是特异性、高亲和力、缓慢然而是对获得性膜强有力的附着。

在蔗糖诱导菌斑形成过程中葡糖基转移酯起到关键作用。

这种酯能吸附至获得性膜上,也存在于变形链球菌细胞表面。

在细菌和牙面由葡糖基转移酯产生的葡聚糖链相互作用并形成强有力的结合机制。

在细菌附着至牙面过程中,唾液粘蛋白(mucin)也发挥了重要作用。

目前已证实唾液中有两种不同类型的粘蛋白,分别为MG1和MG2。

MG1是构成获得性膜的主要成分。

一方面,MGl粘蛋白作为获得性膜的主体形式接受细菌的选择性附着;另一方面,它可以作为营养底物供细菌生长和分裂。

但是唾液中的MG2粘蛋白能够结合至细菌表面的附着素(adhesins)时上,导致细菌凝聚,结果使细菌从口腔中清除。

牙面经清洁处理后8小时至2天内细菌迅速生长,已在获得性膜上牢固附着的细菌自身繁殖,加之细菌附着力的影响,细菌在局部聚集为若干层。

葡聚糖能促进变形链球菌细胞间附着,并能使粘性放线菌聚集。

但这些多糖不是万能的胶质,并非对所有菌斑细菌聚集都发挥作用。

约2天后菌斑开始成形,由于细菌团块是不稳定的实体,因此能连续无限制形成,在这一阶段,微生物总量仍然相对恒定,但其组成变得更为复杂。

总的楔式是早期以链球菌为主,继之有较多更为厌氧的细菌和丝状菌丛,特别是放线菌数量增加。

丝状菌与牙面垂直排列,扩大了细菌附着面积,在靠近牙面的部位氧气密度降低,适宜兼性厌氧菌繁殖。

早期菌斑中链球菌、奈瑟菌和放线菌是主要微生物,至第9天时链球菌仍然是主体,其次是放线菌,同时两种厌氧微生物韦永菌和梭状杆菌增加。

接着各种G-菌如类杆菌、梭状杆菌和密螺旋体增加,各种细胞类型形成具有高度特异性和有秩序的共集桥(coaggregation bridge)。

发育中牙菌斑的这些变化是自发性交替的范例,定居的微生物群体不断改变环境,一些菌种被那些对环境更适应的菌种所取代。

在清洁的牙面上菌斑形成时,牙面氧化还原电位(eh)
下降,牙菌斑中的eh下降可通过氧化-还原指示剂如亚甲蓝或氯化三苯基四氮唑显示,也可通过电位计直接测定。

不同的菌斑微生物降低eh的能力亦不相同。

口腔中存在着天然菌群，其种类繁多，目前已知至少有50种以上的不同种属（species）口腔各部位的微生物群体差异很大,牙面沟裂、牙邻面、口腔粘膜表面和牙龈沟均有不同的菌群分布,在口腔疾病发生发展过程中分别起到不同作用。

龋病过程中的细菌活动较为复杂,不能简单地视为由于唾液细菌在牙表面定居所造成的直接损害。

临床观察证实,不是所有的牙面都易受到龋病损害,常易受罹的牙面依次为牙合面沟裂、牙邻面和颈缘。

因此龋病的产生必须取决于一些重要条件,即在牙表面有比较隐蔽的部位;保持高浓度的致龋菌;能使致龋菌持续发挥损害作用的因素。

这一过程只有依靠牙菌斑的介导才能完成。

四、牙菌斑微生物学
(一)微生物与龋病
与大多数感染性疾病不同,龋病不是由某一种细菌所致,牙面上存在的多种细菌均与龋病发生相关。

各种细菌的致龋能力目前只是在动物试验或体外试验中完成。

人类口腔是一个复杂的生态环境,在动物或体外进行的研究,并不能充分反映人类口腔中的真实状况。

尽管如此,目前对与龋病有关的细菌仍进行了大量研究,并取得了一些成果。

为了阐明微生物的致龋机制,实验动物是重要的方法和手段。

1940年前,学者们的主要注意力都集中在各种饮食与动物试验性龋病的关系上,几乎没有入注意口腔天然菌群可能诱发龋病这一事实。

1946年,证实了青霉素能抑制大鼠的龋病,这一发现是对龋病细菌学病因的重要支持。

OrlAnd等于1954年首次进行了龋病研究的悉生动物试验。

他们的研究表明,即使使用高碳水化合物饮食,无菌鼠并不发生龋病,然而在同样条件下饲养的动物,在饲料中加入细菌后,动物口腔就具有代谢单糖和双糖产酸的能力,并造成磨牙龋病损害。

其后又证实了一些产酸的口腔细菌能导致无菌鼠发生龋病。

由无菌鼠的实验研究证实:没有微生物存在就不会发生龋病;龋病损害只在饲以碳水化合物饮食的动物中发生;凡能造成龋病损害的微生物均能代谢蔗糖产酸;但不是所有能产酸的微生物均能致龋。

1960年,使用田鼠进行龋病研究获得了重大突破。

keyes证实了抗龋动物与龋活跃动物不同,前者口腔中缺乏某些特殊微生物。

他发现,只要将这两类动物置于同一鼠笼中饲养,或让抗龋动物进食龋活跃动物的粪便,这些特殊微生物就可在动物之间传播。

此后Fitzgerald和keyes等又从抗龋田鼠中分离到与龋病发病相关的微生物,接着在田鼠楔型上对各种细菌的
致龋能力进行了研究,证实只有某些菌种能造成龋病。

能在常规动物中造成龋病的微生物有变形链球菌、唾液链球菌、粘性放线菌、唾液乳杆菌、发酵乳杆菌、血链球菌。